Démonstration d’un Microscope intégré Hyperlens et Super-resolution Imaging
Summary
L’utilisation d’un hyperlens a été considérée comme une technique d’imagerie de Super-résolution roman en raison de ses avantages dans l’imagerie en temps réel et de sa mise en œuvre simple avec une optique classique. Nous présentons ici un protocole décrivant la fabrication et les applications d’un hyperlens sphérique de l’imagerie.
Abstract
L’utilisation de Super-resolution imaging pour contourner la limite de diffraction de microscopie conventionnelle a suscité l’intérêt des chercheurs en biologie et en nanotechnologie. Bien que superlenses et microscopie en champ proche ont amélioré la résolution dans la région de champ proche, lointain l’imagerie en temps réel reste un défi important. Récemment, le hyperlens, ce qui amplifie et transforme la propagation des ondes ondes évanescentes, est apparue comme une nouvelle approche pour l’imagerie grand champ. Nous rapportons ici la fabrication d’un hyperlens sphérique composée d’une alternance d’argent (Ag) et des couches minces de titane oxyde (TiO2). Contrairement à un hyperlens cylindrique conventionnelle, la hyperlens sphérique permet de grossissement à deux dimensions. Ainsi, l’incorporation dans la microscopie conventionnelle est simple. Un nouveau système optique intégré avec le hyperlens est proposé, permettant une image secondaire de longueur d’onde d’obtenir dans la région de champ lointain en temps réel. Dans cette étude, la fabrication et les méthodes d’installation d’imagerie sont expliqués en détail. Cet ouvrage décrit également l’accessibilité et la possibilité de la hyperlens, ainsi que des applications pratiques de l’imagerie en temps réel dans les cellules vivantes, qui peut conduire à une révolution en biologie et en nanotechnologie.
Introduction
Un désir d’observer les molécules dans les cellules vivantes a conduit à l’invention de la microscopie et l’avènement de la microscopie propagées à la révolution de divers domaines, tels que la biologie, pathologie et sciences des matériaux, sur derniers siècles. Cependant, autre avancement de la recherche a été restreint par diffraction, qui limite la résolution des microscopes classiques à environ la moitié de la longueur d’onde1. Donc, Super-resolution imaging pour contourner la limite de diffraction a été une zone de recherche intéressant au cours des dernières décennies.
Comme la limite de diffraction est attribuée à la perte des ondes évanescentes qui contiennent des informations de longueur d’onde secondaire sur les objets, les premières études ont été menées pour empêcher les ondes évanescentes de disparaître ou de les récupérer2,3. Les efforts visant à surmonter la limite de diffraction a été pour la première fois avec la microscopie optique, qui recueille le champ évanescent à proximité immédiate de l’objet avant qu’il soit dissipée2contigu. Cependant, comme le balayage de la région de l’ensemble de l’image et à la reconstruction il prennent beaucoup de temps, il ne s’applique à l’imagerie en temps réel. Bien qu’une autre approche basée sur le « superlens », qui amplifie les ondes évanescentes, donne la possibilité de l’imagerie en temps réel, longueur d’onde sous imagerie n’est capable que dans la région de champ proche et qu’il ne peut pas dépasser les objets4, 5 , 6 , 7.
Récemment, le hyperlens est apparu comme une nouvelle approche pour en temps réel champ lointain optique d’imagerie8,9,10,11,12. Le hyperlens, qui est faite des métamatériaux hyperbolique fortement anisotrope13, présente une dispersion plat hyperbolique afin qu’il prend en charge l’information spatiale élevée avec la même vitesse de phase. En outre, en raison de la Loi de conservation d’élan, le wavevector transversale élevée est progressivement comprimé comme la vague passe par la géométrie cylindrique. Cette information agrandie peut ainsi être détectée par un microscope classique dans la région de champ lointain. C’est d’une importance particulière pour l’imagerie en temps réel de champ éloigné, car elle ne nécessite pas une reconstruction de balayage ou image point par point. En outre, le hyperlens peut être utilisé pour des applications autres que l’imagerie, y compris la nanolithographie. Lumière qui traverse le hyperlens dans le sens inverse se concentrera sur une zone de diffraction sous en raison de la symétrie de renversement du temps14,15,16.
Ici, nous présentons un hyperlens sphérique qui magnifie les informations à deux dimensions à la fréquence visible. Contrairement à la géométrie cylindrique conventionnelle, la hyperlens sphérique magnifie objets dans deux dimensions latérales, facilitant des applications pratiques d’imagerie. Le procédé de fabrication et l’installation d’imagerie avec l’hyperlens sont présentés en détail pour la reproduction d’un hyperlens de haute qualité. Un objet secondaire de longueur d’onde est inscrit sur le hyperlens dans un souci de prouver son pouvoir de résolution super. Il est confirmé que petites caractéristiques des objets inscrits sont magnifiées par la hyperlens. Ainsi, clairement résolues images sont obtenues dans la région de champ lointain en temps réel. Ce nouveau type de hyperlens sphérique, avec sa facilité d’intégration avec la microscopie conventionnelle, offre la possibilité de pratiques applications d’imagerie, conduisant à l’aube d’une ère nouvelle en biologie et pathologie générale nanoscience.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fabrication d’un hyperlens comporte trois étapes majeures : définissant la géométrie hémisphérique dans le substrat de quartz grâce à un processus de gravure humide, empiler les multicouches métalliques et diélectriques à l’aide d’un système d’évaporation électron faisceau et inscrivant le objet sur le calque de Cr. L’étape la plus importante est la deuxième, car il peut affecter considérablement la qualité de la hyperlens. Dans le procédé de dépôt de couche mince, il y a deux conditio…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail est soutenu financièrement par le programme de jeunes chercheurs (FRO-2015R1C1A1A02036464), programme Engineering Research Center (FRO-2015R1A5A1037668) et programme Global Frontier (CAMM-2014M3A6B3063708), M.K., S.S., I.K. reconnaissent le grade de docteur Global Bourses (FRO-2017H1A2A1043204, FRO-2017H1A2A1043322, FRO-2016H1A2A1906519) grâce à la subvention de la Fondation de recherche National de Corée (NRF) financé par le ministère de la Science, les TIC et les futur Planning (MSIP) du gouvernement coréen.
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 |
Referências
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