Dimostrazione di un microscopio Hyperlens-integrato e super-resolution Imaging

Un desiderio di osservare biomolecole in cellule viventi ha condotto all’invenzione del microscopio, e l’avvento della microscopia propagato la rivoluzione di vari campi, quali biologia, patologia e scienza dei materiali, negli ultimi secoli. Tuttavia, ulteriore avanzamento della ricerca è stata limitata dalla diffrazione, che limita la risoluzione dei microscopi convenzionali a circa metà della lunghezza d’onda¹. Super-resolution imaging per superare il limite di diffrazione è stato, quindi, un’interessante area di ricerca negli ultimi decenni.

Come il limite di diffrazione è attribuito alla perdita delle onde evanescenti che contengono informazioni sugli oggetti di sub-lunghezza d’onda, i primi studi sono stati condotti per impedire che le onde evanescenti scomparendo o recuperarli^2,3. Lo sforzo per superare il limite di diffrazione in primo luogo è stato segnalato con microscopia ottica a scansione, che raccoglie il campo evanescente nella prossimità vicina all’oggetto prima che sia dissipata²near field. Tuttavia, come la regione intera immagine di scansione e ricostruendolo richiede molto tempo, non può essere applicato a imaging in tempo reale. Anche se un altro approccio basato sulla “superlente,” che amplifica le onde evanescenti, fornisce la possibilità di formazione immagine in tempo reale, imaging di sub-lunghezza d’onda è in grado solo nella regione di campo vicino e non può raggiungere ben oltre gli oggetti^{4, 5 , 6 , 7}.

Recentemente, il hyperlens è emerso come un nuovo approccio al tempo reale campo lontano optical imaging^8,9,10,11,12. Il hyperlens, che è fatta di metamateriali iperbolico altamente anisotropo¹³, esibisce una dispersione piano iperbolica modo che supporta alta informazione territoriale con la stessa velocità di fase. Inoltre, a causa della legge di conservazione di quantità di moto, l’alta wavevector trasversale è gradualmente compresso come l’onda passa attraverso la geometria cilindrica. Queste informazioni ingrandite, pertanto, possono essere rilevate da un microscopio convenzionale della regione di campo lontano. Questo è di particolare importanza per la formazione immagine in tempo reale campo lontano, come non richiede alcuna ricostruzione di scansione o immagine punto per punto. Inoltre, la hyperlens può essere utilizzato per applicazioni diverse da formazione immagine, compreso nanolitografia. Luce che passa attraverso la hyperlens in direzione inversa sarà focalizzata su un’area sub-diffrazione dovuto la simmetria di inversione temporale^14,15,16.

Qui, segnaliamo su un hyperlens sferica che ingrandisce bidimensionale informazioni alla frequenza visibile. A differenza dei convenzionale geometria cilindrica, il hyperlens sferica ingrandisce gli oggetti in due dimensioni laterali, facilitando le pratiche applicazioni di imaging. Il metodo di fabbricazione e installazione di imaging con la hyperlens sono presentati in dettaglio per la riproduzione di un hyperlens di alta qualità. Un oggetto di sub-lunghezza d’onda è incisa sul hyperlens per il bene di dimostrare il suo potere di super-risoluzione. È confermato che piccole caratteristiche di oggetti inscritti vengono ingranditi dalla hyperlens. Così, chiaramente risolti immagini sono ottenute nella regione di campo lontano in tempo reale. Questo nuovo tipo di hyperlens sferica, con la sua facilità di integrazione con microscopia convenzionale, offre la possibilità di pratiche applicazioni di imaging, che conduce all’alba di una nuova era in biologia e patologia generale nanoscienza.