Demostración de un microscopio integrado de Hyperlens y proyección de imagen de súper resolución
Summary
El uso de un hyperlens ha sido considerado como una técnica de imagen de resolución súper novela debido a sus ventajas en la proyección de imagen en tiempo real y su puesta en práctica simple con óptica convencional. Aquí, presentamos un protocolo que describe la fabricación y aplicaciones de una hyperlens esférica de la proyección de imagen.
Abstract
El uso de súper resolución de imagen para superar el límite de difracción de la microscopia convencional ha atraído el interés de los investigadores en biología y nanotecnología. Aunque superlentes y microscopía de campo cercano han mejorado la resolución de la región de campo cercano, campo lejano la proyección de imagen en tiempo real sigue siendo un desafío significativo. Recientemente, el hyperlens, que magnifica y convierte ondas evanescentes en la propagación de las ondas, ha surgido como un nuevo enfoque a la imagen de campo lejano. Aquí, divulgamos la fabricación de una hyperlens esférica compuesta de alternancia de capas delgadas de titanio óxido (TiO2) y plata (Ag). A diferencia de un convencional cilíndrico hyperlens, el hyperlens esférico permite aumento bidimensional. Así, la incorporación en microscopía convencional es sencillo. Se propone un nuevo sistema óptico integrado con el hyperlens, lo que permite una imagen de longitud de onda sub a obtenerse en la región de campo lejano en tiempo real. En este estudio, la fabricación y los métodos de instalación imagen se explican en detalle. Este trabajo también describe la accesibilidad y posibilidad de la hyperlens, así como aplicaciones prácticas de la imagen en tiempo real en células vivas, que puede conducir a una revolución en la biología y la nanotecnología.
Introduction
El deseo de observar biomoléculas en células vivas llevó a la invención de la microscopía y el advenimiento de la microscopía propagó la revolución de varios campos, tales como la biología, patología y la ciencia de los materiales, sobre últimos siglos. Sin embargo, más avance de la investigación ha sido restringido por difracción, que limita la resolución de los microscopios convencionales hasta la mitad de la longitud de onda1. Por lo tanto, súper resolución de imagen para superar el límite de difracción ha sido un interesante área de investigación en las últimas décadas.
Como el límite de difracción es atribuido a la pérdida de las ondas evanescentes que contienen información de longitud de sub-onda sobre los objetos, se han realizado los primeros estudios para evitar ondas evanescentes desapareciendo o recuperarlos de2,3. El esfuerzo por superar el límite de difracción primero fue divulgado con microscopía óptica, que recoge el campo evanescente en proximidad cercana al objeto antes de que sea disipada2cerca del campo. Sin embargo, como exploración de la región de la imagen entera y reconstruyéndolo lleva mucho tiempo, no se puede aplicar a la imagen en tiempo real. Aunque otro enfoque basado en el “superlente”, que amplifica las ondas evanescentes, proporciona la posibilidad de imagen en tiempo real, imágenes de longitud de sub-onda sólo es capaz de la región de campo cercano y no pueden llegar más allá de los objetos4, 5 , 6 , 7.
Recientemente, la hyperlens ha surgido como un nuevo enfoque en tiempo real campo lejano óptico imagen8,9,10,11,12. El hyperlens, que se hace de metamateriales hiperbólicos altamente anisotrópico13, exhibe una dispersión plano hiperbólica de modo que es compatible con alta información espacial con la misma velocidad de fase. Además, debido a la ley de conservación del ímpetu, el wavevector transversal alta se comprime gradualmente mientras la onda pasa a través de la geometría cilíndrica. Esta información ampliada así puede detectarse por un microscopio convencional en la región de campo lejano. Esto es de particular importancia a la imagen de campo lejano en tiempo real, como no requiere cualquier reconstrucción de imagen o análisis punto por punto. Por otra parte, el hyperlens puede utilizarse para aplicaciones que no sean la proyección de imagen, como la Nanolitografía. La luz que pasa a través de la hyperlens en la dirección contraria se centrará en un área de la secundario-difracción debido a la simetría de la revocación del tiempo14,15,16.
Aquí, Divulgamos sobre una hyperlens esférica que magnifica información bidimensional en la frecuencia visible. A diferencia de geometría cilíndrica convencional, los hyperlens esféricos magnifica objetos en dos dimensiones laterales, facilitando aplicaciones prácticas. El método de fabricación y la instalación de imagen con el hyperlens se presentan en detalle para la reproducción de un hyperlens de alta calidad. Un objeto de longitud de sub-onda está inscrito en el hyperlens para demostrar su poder de súper-resolución. Se confirma que las pequeñas características de los objetos inscritos se potencian en el hyperlens. Así, se obtienen las imágenes claramente resueltos en la región de campo lejano en tiempo real. Este nuevo tipo de hyperlens esférica, con su facilidad de integración con microscopia convencional, ofrece la posibilidad de aplicaciones prácticas, lleva a los albores de una nueva era en biología, patología y Nanociencia general.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fabricación de un hyperlens incluye tres grandes pasos: definición de geometría semiesférica en el substrato de cuarzo mediante un proceso húmedo-aguafuerte, apilando las metálicas y dieléctricas de múltiples capas utilizando un sistema de evaporación de haz de electrón y la inscripción la objeto en la capa del Cr. El paso más importante es la segunda, ya que puede afectar significativamente la calidad de la hyperlens. En el proceso de deposición de película delgada, hay dos condiciones que requieren un …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo es apoyado por el programa de joven investigador (NRF-2015R1C1A1A02036464), programa del centro de investigación de ingeniería (NRF-2015R1A5A1037668) y programa de frontera Global (CAMM-2014M3A6B3063708), I.K. M.K., S.S., reconoce el doctor Global Becas (NRF-2017H1A2A1043204, NRF-2017H1A2A1043322, NRF-2016H1A2A1906519) a través de la subvención nacional investigación Fundación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de ciencia, TIC y planeación de futuro (MSIP) del gobierno coreano.
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
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