12.11.2021, 15:31
Оптические резонаторы усиливают взаимодействие между светом и наночастицами, отражая его тысячи раз между двумя зеркалами. Так наночастица тысячи раз взаимодействует со светом, поэтому можно измерить интенсивность света. Раз световое поле имеет различную интенсивность в разных точках пространства, учёные могут сделать выводы о положении наночастицы в трехмерном пространстве.
Markus Breig, KIT
Микроскопы позволяют получать увеличенные изображения объектов с помощью света. Наночастицы практически не поглощают и не рассеивают свет, а значит, остаются невидимыми.
Если бы наша наночастица находилась в воде, она бы сталкивалась с молекулами воды, движущимися в произвольных направлениях за счет тепловой энергии, что заставляет наночастицу двигаться случайным образом. С таким движением — броуновским — мы уже давно знакомы.
До сих пор было невозможно было отследить движение наночастицы в пространстве с помощью оптического резонатора. Можно было только констатировать, находится ли частица в световом поле — локализовать её не получалось. В разработанном волоконном резонаторе Фабри-Перо ученые расположили высокоотражающие зеркала на концах стеклянных волокон. Параллельно зеркалам пустили поток воды, содержащий наносферы SiO2.
Схема резонатора Фабри-Перо Larissa Kohler, Matthias Mader, Christian Kern
Это позволило учёным обнаружить гидродинамический радиус частицы — предполагаемый размер объекта, рассчитанный с учетом коэффициента диффузии в жидкости. Это важно, поскольку эта величина влияет на свойства движения наночастицы, а также позволяет обнаружить наночастицы, которые были бы слишком малы без своей «гидратной оболочки».
Резонатор можно потенциально применить в биологии — для обнаружения трехмерного движения и характеристик биологических наночастиц — например, белков — с высоким временным разрешением. Так датчик может дать представление о ранее не изученных биологических процессах.
Работа опубликована в Nature Communications.
