Summary

مظاهرة مجهر المتكاملة هايبرلينس وتصوير القرار فائقة

Published: September 08, 2017
doi:

Summary

وقد اعتبر استخدام هايبرلينس كأسلوب تصوير رواية قرار فائقة نظراً لمزاياه في التصوير في الوقت الحقيقي وتنفيذها بسيط مع البصريات التقليدية. نقدم هنا، بروتوكول وصف التلفيق والتصوير التطبيقات من هايبرلينس كروية.

Abstract

استخدام فائقة القرار التصوير للتغلب على حدود حيود الفحص المجهري التقليدي قد اجتذب اهتمام الباحثين في علم الأحياء وتكنولوجيا النانو. رغم تحسن القريبة من حقل المسح المجهري وسوبيرلينسيس القرار في المنطقة القريبة من حقل، تصوير بعيدة الميدانية في الوقت الحقيقي يظل يشكل تحديا كبيرا. في الآونة الأخيرة، برز هايبرلينس، التي تكبر وتحويل نشر موجات موجات زائل، كنهج جديد لتصوير أقصى الميدان. هنا، نحن تقرير تلفيق هايبرلينس كروية تتألف من الفضة (Ag)، وطبقات رقيقة (TiO2) أكسيد التيتانيوم بالتناوب. بخلاف هايبرلينس أسطواني تقليدية، يسمح هايبرلينس كروية للتكبير ثنائي الأبعاد. وهكذا، إدماجها في الفحص المجهري التقليدي واضح ومباشر. ويقترح نظام بصري جديد متكامل مع هايبرلينس السماح لصورة الطول موجي الفرعية يمكن الحصول عليها في منطقة بعيدة الميدانية في الوقت الحقيقي. في هذه الدراسة، بتلفيق وأساليب إعداد التصوير يتم شرح بالتفصيل. كما يصف هذا العمل بإمكانية الوصول وإمكانية هايبرلينس، وكذلك التطبيقات العملية للتصوير في الوقت الحقيقي في الخلايا الحية، مما يمكن أن يؤدي إلى ثورة في البيولوجيا والتكنولوجيا النانوية.

Introduction

رغبة في مراقبة الجزيئات الحيوية في الخلايا الحية أدت إلى اختراع الميكروسكوب، وظهور مجهرية نشر الثورة في مختلف المجالات، مثل علم الأحياء وعلم الأمراض وعلم المواد، على مر القرون القليلة الماضية. ومع ذلك، تم تقييد زيادة النهوض بالبحوث بواسطة الحيود، مما يحد من القرار المجاهر التقليدية إلى حوالي نصف طول الموجه1. ولذلك كان قرار فائقة التصوير للتغلب على هذا الحد حيود منطقة بحث مثيرة لاهتمام في العقود الأخيرة.

كما الحد حيود يعزى إلى فقدان موجات زائل تحتوي على الطول الموجي الفرعية على معلومات حول كائنات، أجريت دراسات مبكرة للحفاظ على موجات زائل من تتلاشى أو لاستعادتها2،3. وذكر الجهود المبذولة للتغلب على هذا الحد حيود أولاً بالقرب من ميدان الفحص المجهري الضوئي، الذي يجمع الحقل زائل بالقرب من الكائن قبل أن تبدد2. ومع ذلك، كما مسح منطقة الصورة بأكملها، وإعادة بناء عليه وقتاً طويلاً، لا يمكن تطبيق للتصوير في الوقت الحقيقي. على الرغم من أن نهج آخر يستند إلى “سوبيرلينس,” الذي يسهب موجات زائل، يوفر إمكانية التصوير في الوقت الحقيقي، تصوير الطول الموجي الفرعية قادر فقط في المنطقة القريبة من حقل، ولا يمكن أن تصل إلى أبعد من الكائنات4، 5 , 6 , 7.

في الآونة الأخيرة، برز هايبرلينس كنهج جديد للوقت الحقيقي الآن حقل بصري التصوير8،9،10،11،12. هايبرلينس، الذي هو من metamaterials الزائدي متباين جداً13، المعارض من تشتت قطعي شقة حيث أن يدعم المعلومات المكانية العالية مع نفس السرعة المرحلة. وعلاوة على ذلك، بسبب قانون حفظ الزخم، وافيفيكتور عرضية عالية تدريجيا مضغوط كما يذهب الموجه عن طريق الهندسة أسطواني. وهكذا يمكن الكشف عن هذه المعلومات تم تكبيره مجهر تقليدية في منطقة بعيدة الميدانية. وهذا أهمية خاصة لتصوير بعيد الميدانية في الوقت الحقيقي، كما أنها لا تتطلب أي التعمير المسح الضوئي أو صورة نقطة بنقطة. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدامها في هايبرلينس لتطبيقات بخلاف التصوير، بما في ذلك نانوليثوجرافي. سوف تركز الضوء الذي يمر عبر هايبرلينس في اتجاه عكسي على منطقة حيود الفرعية سبب15،،من14التماثل عكس اتجاه الساعة16.

هنا، نحن تقريرا عن هايبرلينس كروية بتضخيم المعلومات ثنائي الأبعاد في تواتر مرئية. على عكس الهندسة أسطواني التقليدية، وتضخيم هايبرلينس كروية الكائنات في هذين البعدين الأفقي، تيسير العملية تطبيقات التصوير. أسلوب التصنيع والإعداد التصوير مع هايبرلينس ترد بالتفصيل لاستنساخ هايبرلينس عالية الجودة. هو إدراج كائن فرعي للطول موجي على هايبرلينس من أجل إثبات قوتها حل سوبر. ومن المؤكد أن تضخيم الملامح الصغيرة من الكائنات المدرجة في القائمة قبل هايبرلينس. وهكذا، يتم الحصول على صور حل واضح في منطقة بعيدة الميدانية في الوقت الحقيقي. هذا النوع الجديد من هايبرلينس الكروية، مع سهولة التكامل مع الفحص المجهري التقليدي، يوفر إمكانية تطبيقات عملية التصوير، مما أدى إلى بزوغ فجر عصر جديد في علم الأحياء وعلم الأمراض وعلم العامة.

Protocol

1-“إعداد الركيزة” الحصول على صقل عالية رقاقة الكوارتز. لتلفيق ذكرت هنا، استخدام رقاقة مع سمك 500 ميكرومتر. S تدور-معطف رقاقة الكوارتز مع مقاوم الضوء إيجابية في 2,000 لفة في الدقيقة وخبز 60 في 90 ° C. ملاحظة: الطبقة مقاوم الضوء الإيجابية هي مغلفة لمنع الضرر أثناء الخطوة اللاحقة قطع. …

Representative Results

تعتمد قدرة الجهاز هايبرلينس على حل الميزات الفرعية الحيود عن التوحيد واختلاق عالية الجودة. هنا، وهايبرلينس تتألف من متعدد الطبقات من Ag و TiO2 المودعة بالتناوب. يظهر الشكل 2a صورة جيدة الصنع هايبرلينس17وزارة شؤون المرأة. صورة مقطعية تظهر أ?…

Discussion

يتضمن تصنيع هايبرلينس ثلاث خطوات رئيسية: تعريف هندسة الكرة إلى الركيزة الكوارتز من خلال عملية النقش الرطب، التراص متعدد الطبقات العازلة للكهرباء والمعادن باستخدام نظام تبخر شعاع إلكترون، وإدراج الكائن في الطبقة Cr. أهم خطوة هي الثانية، نظراً لأنها يمكن أن تؤثر تأثيراً كبيرا على نوعية هاي…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

هذا العمل تدعمه ماليا “المحقق الشباب” برنامج (جبهة الخلاص الوطني-2015R1C1A1A02036464)، وبرنامج مركز البحوث الهندسية (جبهة الخلاص الوطني-2015R1A5A1037668) و “الحدود العالمية” برنامج (كم-2014M3A6B3063708)، وتقر أ عضو الكنيست، س. س.، “دكتوراه العالمية” عن طريق المنح الوطنية بحوث مؤسسة من كوريا (جبهة الخلاص الوطني) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات ومستقبل التخطيط (مسيب) من الحكومة الكورية زمالة (جبهة الخلاص الوطني-2017H1A2A1043204، 2017H1A2A1043322-جبهة الخلاص الوطني، جبهة الخلاص الوطني-2016H1A2A1906519).

Materials

Focused Ion Beam milling machine FEI Helios Nanolab G3 CX
E-beam evaporation system Korea Vacuum Tech KVE-E4000
Scanning electron microscopy Hitachi SU6600
Inverted microscopy Zeiss Axiovert 200
Light source EXCELITAS Technologies X-Cite 110 LED
Band pass filter Chroma ET405/30M
Objective lens Zeiss Plan-Apochromat NA=1.3, 100X
CCD camera Andor Zyla 4.2
Quartz wafer CORNING Fused Silica Corning 7980
Buffered oxide etchant J.T Baker TM J.T.Baker 5175
Photoresist AZ electronic materials GXR-601 PR
Chromium etchant SIGMA-ALDRICH 651826
Aceton J.T Baker TM UN1090
Isopropyl alcohol J.T Baker TM UN1219
FEM simulation tool COMSOL 5.1 Multiphysics

References

  1. Abbe, E. Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung. Archiv für mikroskopische Anatomie. 9 (1), 413-418 (1873).
  2. Dürig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. Near-field optical-scanning microscopy. J Appl Phys. 59 (10), 3318-3327 (1986).
  3. Pendry, J. B. Negative Refraction Makes a Perfect Lens. Phys Rev Lett. 85 (18), 3966-3969 (2000).
  4. Fang, N., Liu, Z., Yen, T. -. J., Zhang, X. Regenerating evanescent waves from a silver superlens. Opt Express. 11 (7), 682-687 (2003).
  5. Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens. Science. 308 (5721), 534-537 (2005).
  6. Melville, D. O. S., Blaikie, R. J. Super-resolution imaging through a planar silver layer. Opt Express. 13 (6), 2127-2134 (2005).
  7. Taubner, T., Korobkin, D., Urzhumov, Y., Shvets, G., Hillenbrand, R. Near-Field Microscopy Through a SiC Superlens. Science. 313 (5793), 1595-1595 (2006).
  8. Jacob, Z., Alekseyev, L. V., Narimanov, E. Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit. Opt Express. 14 (18), 8247-8256 (2006).
  9. Lee, H., Liu, Z., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Development of optical hyperlens for imaging below the diffraction limit. Opt Express. 15 (24), 15886-15891 (2007).
  10. Liu, Z., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects. Science. 315 (5819), 1686-1686 (2007).
  11. Kim, M., Rho, J. Metamaterials and imaging. Nano Converg. 2 (1), 22 (2015).
  12. Byun, M., et al. Demonstration of nanoimprinted hyperlens array for high-throughput sub-diffraction imaging. Sci Rep. 7, 46314 (2017).
  13. Shekhar, P., Atkinson, J., Jacob, Z. Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications. Nano Converg. 1 (1), 14 (2014).
  14. Liu, L., et al. Sub-diffraction demagnification imaging lithography by hyperlens with plasmonic reflector layer. RSC Advances. 6 (98), 95973-95978 (2016).
  15. Sun, J., Xu, T., Litchinitser, N. M. Experimental demonstration of demagnifying hyperlens. Nano Lett. 16 (12), 7905-7909 (2016).
  16. Kim, M., et al. Deep sub-wavelength nanofocusing of UV-visible light by hyperbolic metamaterials. Sci Rep. 6, 38645 (2016).
  17. Rho, J., et al. Spherical hyperlens for two-dimensional sub-diffractional imaging at visible frequencies. Nat Commun. 1, 143 (2010).
  18. Chen, W., et al. Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer. Opt Express. 18 (5), 5124-5134 (2010).

Play Video

Cite This Article
Lee, D., Kim, M., So, S., Kim, I., Yoon, G., Kim, K., Rho, J. Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging. J. Vis. Exp. (127), e55968, doi:10.3791/55968 (2017).

View Video