小巧且具有革命性：KIT 的物理学家 Larissa Kohler 开发了一种新型谐振器，可以使更小的纳米颗粒可见。图片来源：Markus Breig，KIT

传统显微镜在光的帮助下产生小结构或物体的放大图像。然而，纳米颗粒非常小，它们几乎不吸收或散射光，因此保持不可见。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来在最小的空间中捕获光。如果纳米颗粒位于捕获的光场中，它会与光相互作用数千次，从而可以测量光强度的变化。“光场在空间的不同点具有不同的强度。这使得可以就纳米粒子在三维空间中的位置得出结论，”来自 KIT Physikalisches Institut 的 Larissa Kohler 博士说。

谐振器使纳米粒子的运动可见

不仅如此：“如果纳米粒子位于水中，它会与由于热能而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。现在也可以检测到这种布朗运动，”专家们添加。“到目前为止，光学谐振器是不可能的跟踪纳米粒子在空间中的运动。只能说明粒子是否位于光场中，”科勒解释说。在新型纤维法布里-珀罗谐振器中，高反射镜位于玻璃纤维的末端。它使我们能够推导出粒子的流体动力学半径，即粒子周围水的厚度，来自其三维运动。这很重要，因为这种厚度会改变纳米粒子的性质。“由于水合物壳，它是有可能检测到没有它就太小的纳米颗粒，”科勒说。此外，蛋白质或其他生物纳米颗粒周围的水合物外壳可能会对生物过程产生影响。

谐振器的一个潜在应用可能是检测具有高时间分辨率的三维运动，以及表征生物纳米粒子（如蛋白质、DNA 折纸或病毒）的光学特性。通过这种方式，传感器可能会提供对尚未了解的生物过程的见解。