p Imagine:uma lente ótica tão poderosa que permite visualizar características do tamanho de um pequeno vírus na superfície de uma célula viva em seu ambiente natural. p A construção de instrumentos com essa capacidade agora é possível devido a um avanço fundamental na qualidade de um material óptico usado em hiperlensagem, um método de criação de lentes que podem resolver objetos muito menores do que o comprimento de onda da luz. A conquista foi relatada por uma equipe de pesquisadores liderada por Joshua Caldwell, professor associado de engenharia mecânica na Vanderbilt University, em um artigo publicado em 11 de dezembro na revista Materiais da Natureza .

p O material óptico envolvido é o nitreto de boro hexagonal (hBN), um cristal natural com propriedades de hiperlente. A melhor resolução relatada anteriormente usando hBN foi um objeto cerca de 36 vezes menor do que o comprimento de onda infravermelho usado:aproximadamente o tamanho da menor bactéria. O novo artigo descreve melhorias na qualidade do cristal que aumentam sua capacidade potencial de geração de imagens em cerca de um fator de dez.

p Os pesquisadores conseguiram esse aprimoramento fazendo cristais de hBN usando boro purificado isotopicamente. O boro natural contém dois isótopos que diferem em peso em cerca de 10 por cento, uma combinação que degrada significativamente as propriedades ópticas do cristal no infravermelho.

p "Demonstramos que as limitações de eficiência inerentes das hiperlentes podem ser superadas por meio de engenharia isotópica, "disse o membro da equipe Alexander Giles, Físico pesquisador do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA. "Controlar e manipular a luz em dimensões em nanoescala é notoriamente difícil e ineficiente. Nosso trabalho fornece um novo caminho para a próxima geração de materiais e dispositivos."

p Pesquisadores da Universidade da Califórnia, San Diego, Kansas State University, O Oak Ridge National Laboratory e a Columbia University também contribuíram para o estudo.

p Os pesquisadores calculam que uma lente feita de cristal purificado pode, em princípio, capturar imagens de objetos de até 30 nanômetros. Para colocar isso em perspectiva, existem 25 milhões de nanômetros em uma polegada e o cabelo humano varia de 80, 000 a 100, 000 nanômetros de diâmetro. Um glóbulo vermelho humano tem cerca de 9, 000 nanômetros e vírus variam de 20 a 400 nanômetros.

p Ao longo dos anos, cientistas desenvolveram muitos instrumentos capazes de produzir imagens com resolução em nanoescala, como microscópios baseados em elétrons e de força atômica. Contudo, eles são incompatíveis com os organismos vivos:ou eles operam sob alto vácuo, expor as amostras a níveis prejudiciais de radiação, requerem técnicas letais de preparação de amostras, como liofilização ou remoção de amostras de seu natural, ambiente baseado em solução.

p O principal motivo para o desenvolvimento de hiperlentes é a perspectiva de que elas possam fornecer imagens altamente detalhadas de células vivas em seus ambientes naturais, usando luz de baixa energia que não as prejudica. Além disso, o uso de luz infravermelha para realizar a imagem também pode fornecer informações espectroscópicas sobre os objetos que imagens, fornecer um meio de 'impressão digital' do material. Essas capacidades podem ter um impacto significativo nas ciências biológicas e médicas. A tecnologia também tem aplicações potenciais em comunicações e componentes ópticos em nanoescala.

p A física das hiperlentes é bastante complexa. O nível de detalhe que os microscópios ópticos podem reproduzir é limitado pelo comprimento de onda da luz e pelo índice de refração do material da lente. Quando combinado com os fatores de abertura da lente, distância do objeto à lente e o índice de refração do objeto sob observação, isso se traduz em um limite óptico típico de cerca da metade do comprimento de onda usado para geração de imagens. Nos comprimentos de onda infravermelhos usados ​​neste experimento, este "limite de difração" é cerca de 3, 250 nanômetros. Este limite pode ser ultrapassado usando hBN devido à sua capacidade de suportar polaritons de fônons de superfície, partículas híbridas compostas de fótons de luz acoplados com vibração, átomos carregados em um cristal que têm comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz incidente.

p No passado, o problema de usar polaritons dessa maneira é a rapidez com que se dissipam. Usando cristais de hBN feitos de boro 99 por cento isotopicamente puro, os pesquisadores mediram uma redução dramática nas perdas ópticas em comparação com os cristais naturais, aumentando a vida útil do polariton três vezes, o que lhes permite viajar o triplo da distância. Essa melhoria se traduz em uma melhoria significativa na resolução da imagem. A análise teórica dos pesquisadores sugere que outro fator de dez melhorias é possível.

p "Atualmente, temos testado flocos muito pequenos de hBN purificado, "disse Caldwell." Achamos que veremos ainda mais melhorias com cristais maiores. "

p Em 1654, Anton van Leeuwenhoek usou um dos primeiros microscópios feitos à mão para descobrir o mundo até então desconhecido da vida microscópica. Este último avanço no desenvolvimento de hiperlentes é um passo significativo para levar a descoberta de van Leeuwenhoek a um nível totalmente novo, um que permitirá aos biólogos observar diretamente os processos celulares em ação, como vírus que invadem células ou células imunológicas que atacam invasores estrangeiros.