Demonstração de um microscópio integrado Hyperlens e super resolução imagem
Summary
O uso de um hyperlens tem sido considerado como uma técnica de imagem de romance Super-resolução devido a suas vantagens na geração de imagens em tempo real e sua implementação simples com fibra óptica convencional. Aqui, apresentamos um protocolo descreve a fabricação e aplicativos de um esférico hyperlens de imagem.
Abstract
O uso de super resolução de imagem para superar o limite de difração de microscopia convencional tem atraído o interesse de pesquisadores em biologia e nanotecnologia. Embora superlenses e microscopia de campo próximo melhoraram a resolução na região de campo próximo, distante-campo imagem em tempo real permanece um desafio significativo. Recentemente, o hyperlens, o que amplia e converte ondas evanescentes em ondas de propagação, surgiu como uma nova abordagem para longe-campo de imagem. Aqui, nós relatamos a fabricação de um hyperlens esférica composta alternando camadas finas de titânio óxido (TiO2) e prata (Ag). Ao contrário de um hyperlens cilíndricos convencionais, o esférico hyperlens permite ampliação bidimensional. Assim, a incorporação em microscopia convencional é simples. Propõe-se um novo sistema ótico integrado com o hyperlens, permitindo uma imagem de comprimento de onda sub obtidos na região de campo distante em tempo real. Neste estudo, a fabricação e os métodos de instalação de imagem são explicados em detalhes. Este trabalho também descreve a acessibilidade e a possibilidade do hyperlens, bem como aplicações práticas de geração de imagens em tempo real em células vivas, o que pode levar a uma revolução na biologia e nanotecnologia.
Introduction
Um desejo de observar biomoléculas em células vivas conduziu à invenção da microscopia e o advento da microscopia propagada a revolução de vários campos, tais como a biologia, patologia e ciência de materiais, nos últimos séculos. No entanto, mais avanço da pesquisa foi restringido por difração, o que limita a resolução dos microscópios convencionais, a aproximadamente metade do comprimento de onda1. Portanto, Super resolução de imagem para superar o limite de difração tem sido uma área de pesquisa interessante nas últimas décadas.
Como o limite de difração é atribuído à perda das ondas evanescentes que contêm informações de comprimento de onda secundário em objetos, primeiros estudos foram realizados para impedir ondas evanescentes sumindo ou de recuperá-los de2,3. O esforço para superar o limite de difração foi primeiramente relatado com microscopia óptica, que recolhe o campo evanescente em estreita proximidade com o objeto antes que seja dissipada2perto de campo. No entanto, como a digitalização da região de toda a imagem e reconstruindo o leva um longo tempo, não pode ser aplicada para geração de imagens em tempo real. Embora outra abordagem baseada em “superlenta,” que amplifica as ondas evanescentes, fornece a possibilidade de geração de imagens em tempo real, imagem de comprimento de onda sub só é capaz na região de campo próximo e não posso chegar muito além os objetos4, 5 , 6 , 7.
Recentemente, a hyperlens surgiu como uma nova abordagem para tempo real consideravelmente-campo óptico de imagem8,9,10,11,12. O hyperlens, que é feito de metamateriais hiperbólica altamente anisotrópico13, apresenta uma dispersão plana hiperbólica para que suporta alta informação espacial com a mesma velocidade de fase. Além disso, devido a lei de conservação de impulso, o vetor de onda transversal elevada gradualmente é comprimida como a onda atravessa a geometria cilíndrica. Esta informação ampliada, portanto, pode ser detectada por um microscópio convencional na região de campo distante. Isto é de particular importância para a imagem latente de longe-campo em tempo real, como não exige qualquer reconstrução de digitalização ou imagem de ponto-a-ponto. Além disso, o hyperlens pode ser usado para aplicações que não sejam imagens, incluindo Nanolitografia. Luz que passa através do hyperlens na direção inversa será focado em uma área de difração sub devido a simetria do tempo invertido14,15,16.
Aqui, nós relatamos em um hyperlens esférica que amplia a informação bidimensional na frequência visível. Ao contrário de geometria cilíndrica convencional, o esférico hyperlens amplia objetos em duas dimensões laterais, facilitando as aplicações práticas da imagem latente. O método de fabricação e instalação de imagens com o hyperlens são apresentadas em detalhes para a reprodução de um hyperlens de alta qualidade. Um objeto secundário de comprimento de onda está inscrita no hyperlens para o bem provando seu poder de super-resolução. Confirma-se que pequenas características de objetos inscritos são ampliadas pelo hyperlens. Assim, obtêm-se imagens claramente resolvidas, na região de campo distante em tempo real. Este novo tipo de hyperlens esféricas, com sua facilidade de integração com microscopia convencional, oferece a possibilidade de aplicações práticas da imagem latente, levando ao amanhecer de uma nova era em biologia e Patologia geral nanociência.
Protocol
Representative Results
Discussion
A fabricação de um hyperlens inclui três etapas principais: definição de geometria hemisférica no substrato de quartzo, através de um processo molhado-gravura, empilhando a metal e dielétrica multicamada usando um sistema de evaporação de feixe de elétrons e inscrever o objeto na camada de Cr. O passo mais importante é o segundo, desde que possa afetar significativamente a qualidade do hyperlens. No processo de deposição de película fina, há duas condições que exigem cuidados especiais para uma imagem c…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho é apoiado financeiramente pelo programa jovem investigador (NRF-2015R1C1A1A02036464), programa do centro de pesquisa de engenharia (NRF-2015R1A5A1037668) e programa de fronteira Global (CAMM-2014M3A6B3063708), M.K., S.S., I.K. reconhece o pH.d. Global Bolsas (NRF-2017H1A2A1043204,-2017H1A2A1043322, NRF NRF-2016H1A2A1906519), através da concessão de pesquisa nacional Fundação da Coreia (NRF) financiado pelo Ministério da ciência, TIC e futuro planejamento (MSIP) do governo 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 |
Riferimenti
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