Gluren door het ondoorzichtige

Door materialen als verf, huid en papier kun je weinig zien. Dat komt omdat lichtstralen vrijwel niet doorgelaten worden door het materiaal, maar in willekeurige richtingen gereflecteerd (verstrooid) worden, zoals koplampen in de mist. De lichtstralen die toch door zo’n materiaal heenkomen, zijn teveel afgeketst om daarmee een scherp voorwerp achter het materiaal te zien. Zo kun je bijvoorbeeld wel zien dat je hand licht doorlaat als je deze voor een kaars houdt, maar kun je geen details van je botten of weefsel zien.

Zou het niet handig zijn als je tijdens het pokeren door andermans speelkaarten kon spieken?

Universiteit Twente

Universiteit Twente

Spikkelpatroon ontcijferen

Het Twentse team van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie is het nu gelukt om uit het beperkte verstrooide licht dat toch door een vrijwel ondoorzichtig materiaal heen komt een scherp beeld van een afbeelding daarachter te reconstrueren. Het ging daarbij om een vijftig micrometer grote afbeelding van de letter ‘pi’, verscholen achter een dun plaatje matglas (zo’n vijftien bij vijftien millimeter groot).

Met een laser scheen het team op dit oppervlak. Achter dit plaatje ontstaat zo een willekeurig spikkelpatroon van licht dat toch door het materiaal – maar verstrooid – heen komt. Het licht dat de afbeelding van dit spikkelpatroon weerkaatste ving het team op. Door de hoek waarmee het laserlicht op het oppervlak aan te passen veranderde het spikkelpatroon, en dus het weerkaatste licht een beetje.

Het team voerde de metingen bij verschillende invalshoeken uit en door het experiment talloze keren te herhalen konden ze met behulp van een computerprogramma de willekeur uit dit spikkelpatroon wegfilteren en de informatie over de letter ‘pi’ eruit vissen. Zodoende reconstrueerden ze een haarscherp beeld van de afbeelding. Het is alsof je een versleutelde boodschap ontcijfert.

Een infographic van de techniek van de UT-onderzoekers. a. Een testobject is gemaakt door de letter ‘π’ te schrijven met fluorescerende inkt, 100x kleiner dan op deze regel. Het object wordt afgedekt met een wit matglas dat licht verstrooit, waardoor er niets meer van te zien is. b. Een laser scant over het matglas. Het enige wat zichtbaar is, is een vage gloed van fluorescentie. c. De hoeveelheid fluorescent licht wordt tijdens de scan nauwkeurig gemeten en doorgegeven aan een computer. Op het eerste gezicht levert dit een onvoorspelbaar patroon op, dat totaal niet lijkt op het object. d. De computer zoekt verbanden tussen het gemeten signaal voor verschillende invalhoeken van de laser en berekent aan de hand daarvan hoe het object eruit ziet.

Universiteit Twente

Door de huid kijken

Nu kende het team de afbeelding, dus ze wisten in zekere zin wat voor afbeelding ze zochten. Om hun methode ook op een voorwerp te testen wat ze niet kenden, legden ze een stukje van de stengel van een lelietje-van-dalen achter het matglas. Ook dit stukje biologisch weefsel wisten ze met succes te reconstrueren. Vooral dit laatste toont de potentie van de techniek aan: door de huid en door weefsels heen kijken met de microscoop. Volgens onderzoeksleider Allard Mosk is zijn techniek daar echter voorlopig nog te langzaam voor. Zulke toepassingen kunnen we pas over een jaar of tien verwachten, zegt hij in een begeleidend persbericht.

Mosk denkt dat de microscopietechniek in eerste instantie vooral voor de nanotechnologie van belang kan zijn, om licht te werpen op bijvoorbeeld componenten van computer- of DNA-chips. Een van de uitdagingen is om de techniek ook met niet-fluorescerende voorwerpen te laten werken. Nu hielp het mee dat de afbeeldingen fluorescerend geel oplichtte tussen het groene laserlicht. Ook driedimensionale voorwerpen staan op de ‘to-do-lijst’. Maar voorlopig is door de huid koekeloeren zeker een stuk dichterbij.

Zie ook:

• Doorkijkoperatie (Wetenschap24)
• Spieken met een laser (Wetenschap24)