根據(jù)physorg網(wǎng)4月21日報道，美國加州伯克利大學(xué)的一組科學(xué)家目前已研制出一種新型超級鏡片，這種鏡片能夠突破長期以來限制光學(xué)成像清晰度的物理上限，它重新定義了“更加清晰的成像”這一概念。 利用一層薄薄的銀膜鏡片和紫外線，研究者們成功地對一排納米線和一個刻在有機高分子膜上的單詞“NANO”進行成像，分辨率高達60毫微米。相比之下，利用目前的光學(xué)顯微鏡只能夠清晰的觀察到大小為紅血球細胞十分之一的物體，分辨率大約為400毫微米。 4月21日的《科學(xué)》上刊登了這項重要發(fā)明。研究者稱，這標志著納米工程學(xué)又取得了突破性的進展，意味著現(xiàn)在使用一張DVD光碟就能儲存美國國會圖書館的所有資料，而且計算機處理器可以快速對如此巨大的海量信息進行檢索。 “目前許多技術(shù)都涉及光學(xué)領(lǐng)域，包括制造半導(dǎo)體和集成電路使用的成像技術(shù)和光學(xué)加工技術(shù)（光刻技術(shù)），”張翔（音譯）說，他目前是美國加州伯克利大學(xué)機械工程學(xué)教授也是這項研究的主要研究人員?！拔覀兊难芯繉?fù)雜生物醫(yī)學(xué)成像、高密度電子電路學(xué)和針對光纖通訊研究等學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響?！? 尼古拉斯?方以前是張教授的博士學(xué)生，同時也是撰寫此技術(shù)相關(guān)資料的首席作者。他認為，此項技術(shù)不久將應(yīng)用到醫(yī)療成像儀器的研發(fā)上，使光學(xué)顯微鏡在醫(yī)療方面的應(yīng)用達到前所未有的精度。 利用目前的光學(xué)顯微鏡，科學(xué)家們能夠觀察到細胞中較大的結(jié)構(gòu)，例如分子的核子和線粒體。研究者稱，如果利用了這種超級鏡片，光學(xué)顯微鏡有一天將能夠觀察到單個蛋白在組成細胞架構(gòu)的分子微管中運動的過程。 掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡目前都應(yīng)用在觀察納米級物體的細節(jié)方面。然而，這些顯微鏡的工作原理是逐點地對物體進行掃描，這樣就把它們的應(yīng)用局限在非活體標本上，而且每次成像都要花費好幾分鐘。 “光學(xué)顯微鏡可以在不到一秒鐘的時間里僅僅通過一次快照就能夠快速捕捉到整個架構(gòu)的成像，”方說，他現(xiàn)在是美國伊利諾斯大學(xué)的機械工程學(xué)助理教授。“而且這種設(shè)備可以對活體標本進行成像，幫助生物學(xué)家們進一步了解細胞的結(jié)構(gòu)和實時功能，最終推動人類對治療各種人類疾病所進行的藥物研究?！? 此項研究無疑為物理學(xué)家和工程師們針對研制通過負折射來突破繞射限制的超級鏡片所進行的激烈爭論帶來了一個最新話題。 傳統(tǒng)的鏡片，不論是人造的還是天然的，都是通過捕捉物體散發(fā)的光線然后進行反射最后形成最終成像。反射的角度由折射指數(shù)決定并且長期以來一直是正指數(shù)。 然而，物體同樣散發(fā)出“消逝的”光波，其中攜帶大量物體細節(jié)但是很難捕捉。這樣的光波的折射率會衰減，根本不會達到光譜線平面，也就是一種被稱為繞射限制的光學(xué)極限。如果可以突破這個限制并且捕捉到那些折射率衰減了的光波，就能夠最終得到一個物體的完美成像，克服這一難題可以被譽為是得到了光學(xué)的“圣杯”。 2000年，英國物理學(xué)家約翰?潘德瑞提出了一種理論，認為通過提高負折射率能夠?qū)⑽矬w光漸逝波重新聚焦然后得到完美的成像。俄羅斯物理學(xué)家維克多?瓦斯拉果第一次提出負折射材料約30年后，潘瑞德所提出了自己“完美的鏡片”理論。 這些理論都是基于光線的電磁波接觸到負折射鏡頭后，激發(fā)物體表面光波的整體運動，例如電子震動（也被稱為表面電漿波）。這會提高光漸逝波的折射率而且這種方式完全不同于光線到達傳統(tǒng)鏡片時的正常表現(xiàn)。 隨后圣地亞哥大學(xué)以及其他地區(qū)的研究者們針對負折射率進行了一系列的試驗，但是他們的試驗僅僅局限于微波光線。 2003年，張翔的研究小組第一次確定光漸逝波在特定環(huán)境下經(jīng)過銀膜超級鏡片時會變得更強。 直到這一小組最近的一次試驗才展示了使用超級鏡片進行光學(xué)成像。張和他的研究小組在實驗中使用了波長為365毫微米的紫外線，所以實際成像到的細節(jié)多于微波段光波中所含的細節(jié)。 成像中的一列納米線寬為40納米，而單詞“NANO”大小為60納米?？茖W(xué)家們先將這些東西嵌入一層鉻中，然后將這層鉻放在超級鏡片下面。這個鏡片由一層大約30納米厚的銀膜構(gòu)成。研究者們將圖像記錄在光刻膠上，而覆蓋在超級鏡片另一面的聚合物當(dāng)暴露在紫外線下時，會變得無法吸收光線。 “我們的研究提供了一種新的光學(xué)成像方法，不僅打破了光學(xué)繞射限制，而且為將來一系列技術(shù)的改革提供了無與倫比的潛力，”張說?！俺夌R片的關(guān)鍵是它能夠增強并且恢復(fù)帶有物體信息的光漸逝波。這也使成像遠遠低于繞射限制?！? 值得一提的是，目前還沒有任何鏡片可以完全重新聚合所有物體散射出的光漸逝波，所以現(xiàn)在科學(xué)家們?nèi)匀粵]有達到獲得百分之百完美成像的目標。然而，很多科學(xué)家認為真正完全的成像是不可能的，因為當(dāng)光波經(jīng)過任何物體時，有一部分能量被吸收。 “我們的實驗并不是創(chuàng)造出了完美的成像結(jié)果，”“但是有一點很明顯，我們的成像結(jié)果要比沒有利用銀膜質(zhì)超級鏡片技術(shù)得出的圖片清晰的多?！? 研究者們稱，如果繼續(xù)發(fā)展這種技術(shù)，將來我們可以對遙遠的物體成像并且得到更加清晰的成像結(jié)果，其中包括可以觀測到其他星球更多的細節(jié)以及通過監(jiān)測衛(wèi)星更清晰地觀察地面人類的活動等等。 研究資料的作者還有機械工程學(xué)的大學(xué)畢業(yè)生西索戈?李，以及孫成，張翔的研究小組成員。這項研究得到了海軍研究辦公室（ONR）、國防遠景研究計劃署以及美國國家科學(xué)基金會中納米科學(xué)與工程研究中心的大力支持。