Small and revolutionary: physicist Larissa Kohler, KIT, has developed a new type of resonator that makes ever smaller nanoparticles visible. (photo: Markus Breig, KIT)

图片:小而革命性:KIT物理学家拉里萨·科勒(Larissa Kohler)开发了一种新型谐振器，可以使更小的纳米粒子可见。(图片来源:Markus Breig, KIT)

资料来源:Markus Breig, KIT

传统显微镜借助光线把小结构或物体放大成像。然而，纳米粒子太小了，它们几乎不能吸收或散射光，因此不可见。光学谐振器增加了光和纳米粒子之间的相互作用:它们通过在两个镜子之间反射数千次光，在最小的空间捕获光。如果一个纳米粒子位于捕获的光场中，它与光相互作用数千次，这样就可以测量光强度的变化。“光场在空间的不同点有不同的强度。这使得我们可以得出关于纳米粒子在三维空间中的位置的结论，”KIT物理研究所的Larissa Kohler博士说。

谐振器使纳米粒子的运动可见

不仅如此:“如果一个纳米粒子位于水中，它会与热能作用下向任意方向移动的水分子发生碰撞。这些碰撞导致纳米粒子随机移动。这种布朗运动现在也可以被探测到。”专家补充道。“到目前为止，光学谐振器还不可能跟踪纳米粒子在太空中的运动。只能说明粒子是否位于光场中，”科勒解释道。在这种新型的基于光纤的Fabry-pérot谐振器中，在玻璃纤维的末端设置了高反射镜。它允许我们从粒子的三维运动中，推导出粒子的流体力学半径，即粒子周围水的厚度。这一点很重要，因为这种厚度改变了纳米粒子的性质。科勒说:“由于有了水合物外壳，就有可能检测到纳米颗粒，如果没有它的话，纳米颗粒就太小了。”此外，围绕蛋白质或其他生物纳米颗粒的水合物可能对生物过程产生影响。

传感器提供对生物过程的洞察

该谐振器的潜在应用可能是高时间分辨率的三维运动检测和生物纳米粒子的光学特性表征，如蛋白质、DNA折纸或病毒。通过这种方式，传感器可能会为尚未理解的生物过程提供一些见解。

原文检索：

Larissa Kohler, Matthias Mader, Christian Kern, Martin Wegener, David Hunger: Tracking Brownian motion in three dimensions and characterization of individual nanoparticles using a fiber-based high-finesse microcavity. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26719-5