Durante medio milenio la gente ha intentado mejorar la visión humana por medios técnicos. Si bien el ojo humano es capaz de reconocer características en una amplia gama de tamaños, alcanza sus límites cuando mira objetos a distancias gigantes o en el micro y nanomundo. Los investigadores del proyecto ChipScope, financiado con fondos comunitarios, están desarrollando ahora una estrategia completamente nueva hacia la microscopía óptica.

El microscopio óptico convencional, todavía equipo estándar en los laboratorios, subyace a las leyes fundamentales de la óptica. Por lo tanto, la resolución está limitada por la difracción al llamado "límite de Abbe":las características estructurales inferiores a un mínimo de 200 nm no pueden resolverse con este tipo de microscopio.

Hasta aquí, todas las tecnologías para ir más allá del límite de Abbe se basan en configuraciones complejas, con componentes voluminosos e infraestructura de laboratorio avanzada. Incluso un microscopio óptico convencional, en la mayoría de las configuraciones, no es adecuado como dispositivo móvil para realizar investigaciones sobre el terreno o en áreas remotas. En el proyecto ChipScope financiado por la UE, Se explora una estrategia completamente nueva hacia la microscopía óptica. En la microscopía óptica clásica, el área de la muestra analizada se ilumina simultáneamente, recoger la luz que se dispersa desde cada punto con un detector selectivo de área, p.ej. el ojo humano o el sensor de una cámara.

En cambio, en la idea de ChipScope, una fuente de luz estructurada con minúsculas, se utilizan elementos direccionables individualmente. Como se muestra en la figura, la muestra se encuentra en la parte superior de esta fuente de luz, en proximidad cercana. Siempre que se activen emisores individuales, la propagación de la luz depende de la estructura espacial de la muestra, muy similar a lo que se conoce como imagen de sombras en el mundo macroscópico. Para obtener una imagen, la cantidad total de luz que se transmite a través de la región de la muestra es detectada por un detector, activando un elemento de luz a la vez y, por lo tanto, escaneando a través del espacio de muestra. Si los elementos ligeros tienen tamaños en el régimen nanométrico y la muestra está en estrecho contacto con ellos, el campo óptico cercano es importante y la obtención de imágenes de superresolución puede ser posible con una configuración basada en chip.

Para realizar esta idea alternativa, se requiere un montón de tecnología innovadora. La fuente de luz estructurada se realiza mediante pequeños diodos emisores de luz (LED), que se desarrollan en la Universidad de Tecnología de Braunschweig, Alemania. Debido a sus características superiores en comparación con otros sistemas de iluminación, p.ej. la bombilla clásica o los emisores basados ​​en halógenos, Los LED han conquistado el mercado de aplicaciones de iluminación general en las últimas décadas. Sin embargo, al punto actual, no se encuentran disponibles comercialmente matrices de LED estructuradas con píxeles direccionables individualmente hasta el régimen de sub-µm.

Esta tarea es responsabilidad de TU Braunschweig en el marco del proyecto ChipScope. Los investigadores ya han demostrado las primeras matrices de LED con tamaños de píxeles de hasta 1 µm, como se muestra en la figura. Están basados ​​en nitruro de galio (GaN), un material semiconductor que se usa comúnmente para LED azules y blancos. La estructuración controlada de dichos LED hasta el régimen sub-µm es extremadamente desafiante. Se realiza mediante litografía por haz de foto y electrones, donde las estructuras en el semiconductor se definen con alta precisión mediante máscaras de sombras ópticas o haces de electrones enfocados.

Como componente adicional, Se requieren detectores de luz de alta sensibilidad para el prototipo de microscopio. Aquí, El grupo del profesor A. Dieguez de la Universidad de Barcelona desarrolla los denominados detectores de avalanchas de fotón único (SPAD) que pueden detectar intensidades de luz muy bajas hasta fotones individuales. Las primeras pruebas con esos detectores integrados en un prototipo del microscopio ChipScope ya se han realizado y han mostrado resultados prometedores.

Es más, Una forma de acercar las muestras a la fuente de luz estructurada es vital para el correcto funcionamiento del microscopio. Una tecnología establecida para darse cuenta de esto utiliza canales de microfluidos, donde un fino sistema de canales se estructura en una matriz de polímero. Usando bombas de alta precisión, un líquido de microvolumen se impulsa a través de este sistema y lleva la muestra a la posición objetivo.