En el weblog de junio, se cubrió el encubrimiento de invisibilidad. Si bien ese es un tipo de metamaterial óptico, la ventaja de los metamateriales ópticos es que pueden brindar la capacidad de ampliar el rango de la óptica tradicional. (Si bien el trabajo ha estado en curso durante años, no existe el impacto de la capa de invisibilidad). Existe una regla basada en la longitud de onda de la luz llamada Límite de Rayleigh que proporciona el límite de los objetos más pequeños que se pueden definir. La luz azul está en el rango de 450nm y la luz verde es de 550nm. El límite de Rayleigh predice que la separación más pequeña entre dos puntos que se puede detectar es de 56 nm con luz azul y de 69 nm con luz verde. Este es el límite teórico en el que dos puntos pueden identificarse por separado mediante óptica perfecta. Esta no es la estructura mínima que se puede identificar, que es mucho más grande.
Entonces, ¿cuál es el problema? Los dispositivos semiconductores tienen características en el rango de nanómetros bajos y se pueden inspeccionar. Sí, las características de menos de 10 nm se pueden visualizar empleando varios tipos de microscopía electrónica porque el materials que se “ve” es una superficie sólida. Las limitaciones de la microscopía óptica tienen el mayor impacto en el trabajo biológico. Muchas de las investigaciones en este archivo trabajan con objetos que son pequeños, transparentes y tienen poca diferencia de contraste en el objeto. Esto incluye virus y moléculas de ADN. La microscopía de campo claro limita la resolución a aproximadamente 200 nm. (Referencia 1)
Los desafíos en la fabricación del metamaterial óptico son una combinación de encontrar los materiales adecuados para crear un índice de refracción negativo y crear capas del grosor requerido para convertirse en un metamaterial. El trabajo realizado y publicado en 2007 (Ref. 2) indicó que al usar capas positivas y negativas de materials de índice de refracción, pudieron lograr una resolución de 70 nm. El trabajo presentado en la Referencia 3 brinda más información sobre el estado del esfuerzo en 2014. “Al usar nanopartículas de TiO2 de 15 nm como bloques de construcción, la lente de inmersión sólida basada en metamaterial totalmente dieléctrico 3D fabricada (mSIL) puede producir una imagen nítida con una superresolución de al menos 45 nm bajo un microscopio óptico de luz blanca, superando significativamente el límite de difracción clásico y las técnicas de imagen de campo cercano anteriores”. El trabajo adicional en 2016 (Ref. 4) demostró una resolución 3D de menos de 50 nm en todo el plano y 10 nm en profundidad. Los esfuerzos de investigación actuales incluyen la aplicación de metamateriales y la inclusión de técnicas de inmersión.
El enfoque de las lentes mejoradas con metamateriales es proporcionar una mejor comprensión de la interacción de las bioestructuras que están más allá del límite de la microscopía óptica. Los desafíos para avanzar son numerosos. La aplicación de varias capas para crear el índice negativo depende del materials que se emplee y de lograr el grosor adecuado de cada capa. Los defectos en las capas reducen la resolución de la imagen. Afortunadamente, la producción de un espesor de capa preciso se puede lograr con las herramientas disponibles. La deposición de capa atómica (ALD) está disponible con las herramientas de fabricación de semiconductores existentes. Incluso la capacidad de crear estructuras se puede lograr con las herramientas existentes. La pregunta que queda es qué tan pequeña se podrá analizar ópticamente una dimensión. Se necesita progreso para avanzar en la investigación biológica/médica.
Referencias:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Superlente
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2007Sci…315.1699S/summary
- https://analysis.bangor.ac.uk/portal/recordsdata/20635555/Bing_Yan_PhD_2018.pdf
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4840372/
