麻省理工学院开发的方法克服了生物组织和其他复杂材料中长期存在的光散射问题。
长期以来，获取生物组织深层图像的问题一直很复杂。 通常，光会散布在生物组织等复杂的材料中，并在内部被反射，直到以许多不同的角度返回为止。 这打乱了光学显微镜的焦点，降低了分辨率和成像深度。 使用波长增加的光有助于减少散射，但也会降低分辨率。
现在，麻省理工学院的研究人员没有试图避免分散，而是开发了一种将这种现象用于自己目的的技术。 他们在《科学》杂志上发表的一篇论文中描述的技术允许使用光散射将图像分辨率提高到现有系统的10倍。
常规显微镜的功能受到
衍射极限的限制 ，该
极限不允许比特定分辨率更精确地聚焦。 这项新技术使您可以使用克服了这一限制的“光学超分辨率”进行拍照。
它可以用于改善生物医学图像，例如更精确地集中于癌性组织细胞。 它也可以与
光遗传学技术相结合来激发某些脑细胞。 该论文的主要作者，麻省理工学院机械工程研究生，研究生Dungu Kim表示，它甚至可以用于量子计算。
研究人员于2007年首次提出了这种方法-通过在以特殊方式将光波发送到组织之前形成光波，有可能实现散射过程的逆转并将光聚焦在一个点上。 然而，长期以来，由于难以收集关于诸如生物组织的复杂材料中的光的散射的信息，因此无法利用该方法。
为了获得这些信息，研究人员开发了各种技术来创建“引导星”或反馈信号，这些信号从组织的特定点发出，使您可以正确地聚集光线。 但金说，目前，这些方法所提供的分辨率低于衍射极限。
为了提高分辨率，Kim和合著者，麻省理工学院电气工程与计算机科学系副教授和电子研究实验室的Dirk Inglund开发了一种称为“量子参考信标（QRB）”的产品。
OKM是使用钻石（NV中心）中的
氮取代空位创建的。 金刚石晶格中的这些微小的分子缺陷表现出自然的荧光，也就是说，当它们被激光束激发时会发光。
此外，当暴露于具有磁场的OKM时，它们中的每一个都会以其特定频率谐振。 通过将与特定OKM观察到的共振频率相同的微波信号发送到组织样本，研究人员可以选择性地改变其荧光。
“想象一下，一名飞行员试图在夜间将船只驶向目的地，”金说。 “如果他看到三个信标向他们发出信号，他可能会感到困惑。” 但是，如果其中一个灯塔有意地闪烁，它将自动定向。
从这个意义上讲，NV中心充当信标，发出荧光。 通过调制特定信标的荧光，研究人员可以创建开/关信号，并可以确定该信标在组织中的位置。 “我们可以确定光的来源，并据此了解光在复杂材料中的散射方式，” Kim说。
研究人员然后结合从所有OKM获得的信息，并创建组织中散射模式的准确轮廓。 将此图片与
空间光调制器 （用于通过操纵光产生全息图的设备）一起使用，您可以对激光束进行预整形，以补偿组织内部发生的散射。 然后，激光将能够以超分辨率聚焦在组织内部的一个点上。
当应用于生物学问题时，研究人员建议可以将悬浮的纳米金刚石引入组织中，这将在某些获取组织图像的方法中起到
造影剂的作用。 或者，附着在钻石纳米颗粒上的分子标记可以将它们递送到某些类型的细胞。
Kim说，OKM还可以用作量子传感器和量子信息处理的量子位。 她说：“ OKM可以用作量子位来存储量子信息，因此我们可以进行量子计算。”
高丽大学物理学教授Vonshik Choi说，以前在复杂的散射环境中获得超分辨率图像是困难的，因为缺少“导星”，可以以亚衍射精度给出其位置。
他说：“研究人员已经开发出一种优雅的方法来操作OKM，这些方法基于纳米金刚石的NV中心作为导向星，” “这项工作为在小于波长的纳米器件中以超分辨率和量子信息处理获得深层组织图像提供了新的可能性。”
金说，现在，研究人员希望探索使用量子纠缠和其他类型的半导体作为OKM的可能性。