根據(jù)physorg網(wǎng)4月21日報(bào)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(jí)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(duì)一排納米線和一個(gè)刻在有機(jī)高分子膜上的單詞“NANO”進(jìn)行成像，分辨率高達(dá)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(xì)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(xiàng)重要發(fā)明。研究者稱，這標(biāo)志著納米工程學(xué)又取得了突破性的進(jìn)展，意味著現(xiàn)在使用一張DVD光碟就能儲(chǔ)存美國國會(huì)圖書館的所有資料，而且計(jì)算機(jī)處理器可以快速對(duì)如此巨大的海量信息進(jìn)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(jī)械工程學(xué)教授也是這項(xiàng)研究的主要研究人員?！拔覀兊难芯繉?duì)復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)成像、高密度電子電路學(xué)和針對(duì)光纖通訊研究等學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?！? 尼古拉斯?方以前是張教授的博士學(xué)生，同時(shí)也是撰寫此技術(shù)相關(guān)資料的首席作者。他認(rèn)為，此項(xiàng)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(dá)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(xì)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(jí)鏡片，光學(xué)顯微鏡有一天將能夠觀察到單個(gè)蛋白在組成細(xì)胞架構(gòu)的分子微管中運(yùn)動(dòng)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(jí)物體的細(xì)節(jié)方面。然而，這些顯微鏡的工作原理是逐點(diǎn)地對(duì)物體進(jìn)行掃描，這樣就把它們的應(yīng)用局限在非活體標(biāo)本上，而且每次成像都要花費(fèi)好幾分鐘。 “光學(xué)顯微鏡可以在不到一秒鐘的時(shí)間里僅僅通過一次快照就能夠快速捕捉到整個(gè)架構(gòu)的成像，”方說，他現(xiàn)在是美國伊利諾斯大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)助理教授?！岸疫@種設(shè)備可以對(duì)活體標(biāo)本進(jìn)行成像，幫助生物學(xué)家們進(jìn)一步了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和實(shí)時(shí)功能，最終推動(dòng)人類對(duì)治療各種人類疾病所進(jìn)行的藥物研究?！? 此項(xiàng)研究無疑為物理學(xué)家和工程師們針對(duì)研制通過負(fù)折射來突破繞射限制的超級(jí)鏡片所進(jìn)行的激烈爭論帶來了一個(gè)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(jìn)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(xì)節(jié)但是很難捕捉。這樣的光波的折射率會(huì)衰減，根本不會(huì)達(dá)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(gè)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(gè)物體的完美成像，克服這一難題可以被譽(yù)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(rèn)為通過提高負(fù)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(fù)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(fù)折射鏡頭后，激發(fā)物體表面光波的整體運(yùn)動(dòng)，例如電子震動(dòng)（也被稱為表面電漿波）。這會(huì)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(dá)傳統(tǒng)鏡片時(shí)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(duì)負(fù)折射率進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，但是他們的試驗(yàn)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(jí)鏡片時(shí)會(huì)變得更強(qiáng)。 直到這一小組最近的一次試驗(yàn)才展示了使用超級(jí)鏡片進(jìn)行光學(xué)成像。張和他的研究小組在實(shí)驗(yàn)中使用了波長為365毫微米的紫外線，所以實(shí)際成像到的細(xì)節(jié)多于微波段光波中所含的細(xì)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。科學(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(jí)鏡片下面。這個(gè)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(jí)鏡片另一面的聚合物當(dāng)暴露在紫外線下時(shí)，會(huì)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?jí)鏡片的關(guān)鍵是它能夠增強(qiáng)并且恢復(fù)帶有物體信息的光漸逝波。這也使成像遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)到獲得百分之百完美成像的目標(biāo)。然而，很多科學(xué)家認(rèn)為真正完全的成像是不可能的，因?yàn)楫?dāng)光波經(jīng)過任何物體時(shí)，有一部分能量被吸收。 “我們的實(shí)驗(yàn)并不是創(chuàng)造出了完美的成像結(jié)果，”“但是有一點(diǎn)很明顯，我們的成像結(jié)果要比沒有利用銀膜質(zhì)超級(jí)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(duì)遙遠(yuǎn)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(xì)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(dòng)等等。 研究資料的作者還有機(jī)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(xiàng)研究得到了海軍研究辦公室（ONR）、國防遠(yuǎn)景研究計(jì)劃署以及美國國家科學(xué)基金會(huì)中納米科學(xué)與工程研究中心的大力支持。