Blick durch undurchsichtigen Schirm für schärfere Bilder
Bilder durch undurchsichtige, lichtstreuende Schichten hindurch aufnehmen zu können, ist in vielen Disziplinen, darunter Nanotechnologie und Biowissenschaften, eine wichtige Fähigkeit und ein wesentliches diagnostisches Werkzeug. Derzeitige Techniken können durch opake Schichten, die das auftreffende Licht komplette streuen, nicht hindurchsehen. Selbst eine sehr dünne Schicht eines streuenden Materials kann opak sein und alle Gegenstände dahinter ausblenden. Nun ist es einem gemeinsamen Forschungsteam aus Italien und den Niederlanden gelungen, nicht-invasive scharfe Bilder von Objekten, die hinter einer undurchsichtigen Schicht versteckt liegen, aufzunehmen. Die Studie, die vom Europäischen Forschungsrat (ERC) unterstützt wurde, wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Haut und anderen Materialien wie Papier und Glass erscheinen undurchsichtig, weil sie das Licht streuen. Man mag sich an einen Lichtstrahl erinnern, der gebogen erscheint, wenn er auf ein Prisma fällt. Wenn Licht auf opake Materialien trifft, bewegt es sich nicht mehr in einer geraden Linie, sondern an einem unvorhersehbaren und unberechenbaren Pfad entlang. Das Ergebnis davon ist, dass es unmöglich wird, Objekte, die hinter diesen Materialien liegen, klar zu erkennen. Es wurden leistungsfähige Methoden entwickelt, um Bilder durch Materialien hindurch aufzunehmen, in denen ein geringer Anteil des Lichts einem geraden Weg folgt. Bis heute ist es jedoch nicht möglich gewesen, ein Bild aus Licht aufzulösen, das komplett gestreut wurde. In ihrem Bericht erkannten die Forscher die großen Fortschritte an, die in den letzten Jahren mit Methoden wie Ghost Imaging und Wellenfront-Gestaltung erzielt wurden. Allerdings stellten sie fest, dass vorliegende Verfahren immer noch invasiv sind, da es immer noch erforderlich ist, entweder einen Detektor oder ein nicht-lineares Material hinter der Streuschicht anzuordnen. Der Bericht beschreibt jedoch ihren Durchbruch, nämlich ein optisches Verfahren, das nicht-invasive Bildgebung eines fluoreszierenden Objekts ermöglicht, das vollständig hinter einer undurchsichtigen Streuschicht verborgen liegt. Die Forscher unter der Leitung von Dr. Allard Mosk scannten den Winkel eines Laserstrahls, der einen undurchsichtigen Diffusor beleuchtete. Gleichzeitig zeichnete ein Computer die Menge an fluoreszierendem Licht auf, das von einem winzigen Objekt, das hinter dem Diffusor verborgen war, zurückgeworfen wurde. Dr. Mosk wies auf folgendes hin: "Obwohl die gemessene Intensität des Lichts nicht dazu verwendet werden kann, um ein Bild des Objekts direkt zu bilden, befinden sich die benötigten Informationen um dies zu tun, dort, in verschlüsselter Form." "Die beiden jungen Wissenschaftler, die die Erstautoren dieses Papiers sind, hatten die geniale Idee herauszufinden, ob die verschlüsselten Informationen ausreichen, um das Bild zu rekonstruieren - und sie haben dazu einen Weg gefunden", fügte er hinzu. Sie benutzen dazu ein Computerprogramm, das zunächst die fehlenden Informationen errät und dann die Vermutung testet und verfeinert. Es gelang ihnen die Herstellung eines Bildes eines verborgenen fluoreszierenden Gegenstands, wie eine typische Zelle, die einen Durchmesser von lediglich 50 Mikrometern hat. Die Forscher erkennen, dass der Durchbruch erst der Anfang ist und erwarten, dass ihre Arbeit zu neuen Mikroskopie-Methoden führen könnte, die gestochen scharfe Bilder in einer stark streuenden Umgebung machen könnten. Dr. Mosk bemerkte: "Das wird in der Nanotechnologie sehr nützlich sein. Wir möchten Strukturen ans Licht bringen, die in komplexen Umgebungen wie Computerchips versteckt sind." Die Forscher träumen auch davon, ihre Methode zu erweitern, um Objekte unter der menschlichen Haut zu untersuchen. "Aber derzeit ist unsere Methode dafür zu langsam", sagte Dr. Mosk. Neben der Unterstützung vom ERC wurden sie auch von der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO), der Stiftung für Grundlagenforschung über Materie, der Technologiestiftung STW, und dem italienischen Ministerium für Bildung, Universitäten und Forschung gefördert.Weitere Informationen sind abrufbar unter: University of Twente http://www.utwente.nl/en/ Europäischer Forschungsrat http://erc.europa.eu/
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