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