信贷:©ChipScope
半个世纪以来，人们一直试图通过技术手段来提高人类的视力。虽然人类的眼睛能够识别大范围的特征，但当凝视距离遥远的物体或微观和纳米世界时，它就达到了极限。欧盟资助的ChipScope项目的研究人员现在正在开发一种全新的光学显微镜策略。
传统的光学显微镜，仍然是实验室的标准设备，奠定了光学的基本定律。因此，分辨率被衍射限制到所谓的“阿贝极限”——小于最小200纳米的结构特征不能被这种显微镜分辨。
到目前为止，所有超越阿贝极限的技术都依赖于复杂的装置，拥有庞大的组件和先进的实验室基础设施。即使是传统的光学显微镜，在大多数配置中，也不适合作为移动设备在野外或偏远地区进行研究。在欧盟资助的ChipScope项目中，光学显微镜探索了一种全新的策略。在经典光学显微镜中，分析的样品区域同时被照明，用区域选择探测器收集从每个点散射的光，例如人眼或相机的传感器。相反，在ChipScope的想法中，一个带有微小的、单独可寻址元素的结构化光源被利用。如图所示，标本位于这个光源的顶部，离得很近。当单个发射器被激活时，光的传播取决于样品的空间结构，非常类似于宏观世界中的阴影成像。为了获得图像，通过样本区域传输的总光量被探测器感知，每次激活一个光元素，从而扫描整个样本空间。如果轻元素的尺寸在纳米范围内，并且样品与它们密切接触，则光学近场是相关的，超分辨率成像可能通过基于芯片的设置成为可能。
要实现这一替代想法，需要大量的创新技术。这种结构光源是由德国布伦瑞格理工大学开发的微型发光二极管(led)实现的。由于其优越的特点，与其他照明系统，如经典的灯泡或卤素发射器相比，led在过去几十年征服了一般照明应用的市场。然而，到目前为止，商业上还没有可单独寻址像素到子µm的结构化LED阵列。这个任务属于TU Braunschweig在ChipScope项目框架内的责任。如图所示，研究人员已经演示了第一种像素大小为1 μ m的LED阵列。它们以氮化镓(GaN)为基础，这是一种半导体材料，通常用于蓝白色led。这种led的控制结构下到子µm体系是极具挑战性的。它是通过光刻和电子束光刻进行的，其中半导体中的结构是通过光学阴影掩模或聚焦电子束以高精度定义的。
作为进一步的组件，显微镜原型需要高灵敏度的光探测器。在这里，巴塞罗那大学的A. Dieguez教授的团队开发了所谓的单光子雪崩探测器(SPADs)，它可以探测到非常低的光强度到单光子。将这些探测器集成到ChipScope显微镜的原型中进行的第一次测试已经进行，并显示出了有希望的结果。此外，将标本带到结构光源附近的方法对于显微镜的正确操作是至关重要的。一种成熟的技术利用微流体通道来实现这一点，其中一个精细的通道系统被构造成聚合物基质。利用高精度泵，微体积液体通过该系统，并携带样品沿目标位置。这部分显微镜组装是由奥地利理工学院AIT贡献。进一步合作伙伴:维也纳医科大学、Tor Vergata Roma大学、慕尼黑大学和瑞士FSRM。
