Twentse onderzoekers laten microscopen dwars door matglas kijken

In dit artikel:

Hoogleraar Ivo Vellekoop van de Universiteit Twente maakt wavefront shaping praktisch bruikbaarder. Deze methode, die hij in 2007 samen met Allard Mosk ontwikkelde, maakt het mogelijk om met licht scherp te stellen door sterk verstrooiende materialen heen, zoals papier, witte verf of de gebogen wand van een capillair. Dat kan helpen om levende cellen te onderzoeken die normaal voor een microscoop verborgen blijven.

Een spatial light modulator past de fase van afzonderlijke lichtpixels aan. Zo worden de verstrooide lichtgolven zo gestuurd dat ze op een gekozen punt constructief samenkomen en daar een scherpe focus vormen. Tot nu toe moesten onderzoekers eerst uitgebreid meten hoe een materiaal het licht verstrooit. Bovendien moest dat voor elk nieuw focuspunt opnieuw gebeuren en mocht het materiaal niet bewegen.

Het team van Vellekoop vervangt die metingen door berekeningen. Op basis van een driedimensionaal model van het verstrooiende object berekent software met behulp van Maxwells vergelijkingen welke golfvorm nodig is. De daarvoor ontwikkelde numerieke techniek is volgens de onderzoekers duizend keer sneller dan commerciële software, waardoor ook grote structuren kunnen worden verwerkt.

De nieuwe aanpak verschuift het belangrijkste probleem naar de software. De pixelindeling op de computer moet exact overeenkomen met die van de lichtmodulator; zelfs een kleine fout in de uitlijning kan het beeld onbruikbaar maken. Daarom ontwikkelde het team automatische kalibratiesoftware die onder meer verdraaiing van de modulator en kleine afwijkingen in de vergroting corrigeert. De aangepaste microscoop, modellen en software worden als opensource beschikbaar gesteld.

Het doel is dat gebruikers straks alleen het type capillair of ander optisch materiaal kiezen, waarna de microscoop automatisch het juiste model selecteert, kalibreert en de lichtcorrectie uitvoert. Vellekoop verwacht dat de technologie binnen vijf jaar commercieel toepasbaar is. Mogelijke toepassingen liggen onder meer in medische endoscopie: met wavefront shaping kan door een dunne multimodevezel worden scherpgesteld, wat veel dunnere endoscopen mogelijk maakt voor bijvoorbeeld neurologisch onderzoek. Ook zijn er toepassingen in LiFi en kwantumauthenticatie. De methode is vooral waardevol omdat bestaande technieken zoals MRI, echografie en röntgenonderzoek geen beeldvorming op het niveau van levende afzonderlijke cellen bieden.