Demonstration eines Hyperlens integriert Mikroskop und super-Resolution Imaging
Summary
Die Verwendung von einem Hyperlens gilt als eine neuartige Höchstauflösung bildgebendes Verfahren wegen seiner Vorteile in Echtzeit-Bildgebung und die einfache Umsetzung mit konventioneller Optik. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll beschreibt die Herstellung und imaging-Anwendungen von einem sphärischen Hyperlens.
Abstract
Die Verwendung von Super-Resolution imaging um zu überwinden, die Beugungsgrenze der konventionellen Mikroskopie hat das Interesse der Forscher in der Biologie und Nanotechnologie angezogen. Obwohl Nahfeld-scanning-Mikroskopie und Superlenses die Auflösung der Nahfeld-Region verbessert haben, bleibt Fernfeld Bildgebung in Echtzeit eine große Herausforderung dar. Vor kurzem hat die Hyperlens, die vergrößert und wandelt evaneszenten Wellen in Wellen zu propagieren, einen neuartigen Ansatz zur Fernfeld Bildgebung entwickelt. Hier berichten wir über die Herstellung von einer kugelförmigen Hyperlens, bestehend aus abwechselnd Silber (Ag) und Titan (TiO2) dünne Oxidschichten. Im Gegensatz zu einem konventionellen zylindrischen Hyperlens ermöglicht die sphärischen Hyperlens zweidimensionaler Vergrößerung. Einbindung in konventionellen Mikroskopie ist so einfach. Ein neues optisches System integriert mit der Hyperlens wird vorgeschlagen, so dass für eine Sub-Wellenlänge-Bild in der Fernfeld Region in Echtzeit abgerufen werden. In dieser Studie werden die Fertigung und bildgebende Methoden der Einrichtung ausführlich erläutert. Diese Arbeit beschreibt auch die Zugänglichkeit und die Möglichkeit der Hyperlens sowie praktische Anwendungen der Echtzeit-Bildgebung in lebenden Zellen, was zu einer Revolution in der Biologie und Nanotechnologie führen kann.
Introduction
Ein Wunsch, Biomoleküle in lebenden Zellen beobachten führte zur Erfindung der Mikroskopie, und das Aufkommen der Mikroskopie propagiert der Revolution von verschiedenen Bereichen wie Biologie, Pathologie und Materialkunde, über letzten Jahrhunderte. Weiterentwicklung der Forschung hat jedoch durch Beugung, die die Auflösung der konventionellen Mikroskopen über Grenzen beschränkt die Hälfte der Wellenlänge1. Super-Resolution imaging um zu überwinden, die Beugungsgrenze ist daher ein interessantes Forschungsgebiet in den letzten Jahrzehnten gewesen.
Da die Beugungsgrenze den Verlust der evaneszenten Wellen, die Sub-Wellenlängeninformationen über Objekte enthalten zugeschrieben wird, wurden das Frühstudium evaneszenten Wellen abhalten, verblassen oder, sie zurückzugewinnen,2,3durchgeführt. Die Bemühungen um die Beugungsgrenze überwunden wurde zuerst berichtet, mit Nahfeld-optische Rasterelektronenmikroskopie, die sammelt der evaneszenten Feldes in unmittelbarer Nähe zum Objekt, bevor es verschleuderten2ist. Aber wie der gesamte Bildbereich scannen und rekonstruieren es sehr lange dauert, kann es zu Echtzeit-Bildgebung angewendet werden. Obwohl ein anderer Ansatz, basierend auf der “Superlens,” dem evaneszenten Wellen verstärkt, die Möglichkeit der Echtzeit-Bildgebung bietet, Sub Wellenlänge Bildgebung ist nur in der Nahfeld-Region in der Lage und nicht weit über die Objekte4, erreichen 5 , 6 , 7.
Vor kurzem hat die Hyperlens einen neuartigen Ansatz zur Echtzeit-Fernfeld optische Bildgebung8,9,10,11,12entwickelt. Die Hyperlens, die stark anisotrope hyperbolische Metamaterialien13erfolgt, weist eine flache hyperbolische Verteilung so dass es hohe räumliche Informationen mit der gleichen Phasengeschwindigkeit unterstützt. Darüber hinaus ist aufgrund der Impuls-Erhaltungssatz der hohen transversalen Wavevector allmählich komprimiert die zylindrische Geometrie der Welle durchläuft. Diese vergrößerten Informationen kann somit von einem herkömmlichen Mikroskop in der Fernfeld Region erfasst werden. Dies ist von besonderer Bedeutung für Echtzeit-Fernfeld Bildgebung erfordert nicht die jeder Punkt für Punkt scannen oder Bild-Rekonstruktion. Darüber hinaus kann die Hyperlens für andere Anwendungen als Bildgebung, einschließlich Nanolithografie verwendet werden. Licht, das durch die Hyperlens in umgekehrter Richtung geht konzentriert sich auf eine Sub-Beugung durch die Zeitumkehr Symmetrie14,15,16.
Hier berichten wir über eine sphärische Hyperlens, die zweidimensionale Informationen bei der sichtbaren Frequenz vergrößert. Im Gegensatz zu konventionellen zylindrischen Geometrie vergrößert die sphärischen Hyperlens Objekte in zwei seitliche hervorragen, praktische imaging-Anwendungen zu erleichtern. Die Herstellungsverfahren und imaging-Setup mit dem Hyperlens sind für die Wiedergabe von einem qualitativ hochwertigen Hyperlens ausführlich vorgestellt. Ein Sub-Wellenlänge-Objekt ist auf dem Hyperlens Willen beweisen seine Super-Lösung macht eingeschrieben. Es wird bestätigt, dass kleine Merkmale der beschrifteten Objekte sind durch die Hyperlens vergrößert. Somit ergeben sich klar aufgelöste Bilder der Fernfeld Region in Echtzeit. Diese neue Art der kugelförmigen Hyperlens, mit der einfachen Integration mit konventionellen Mikroskopie, bietet die Möglichkeit der praktischen imaging-Anwendungen, was zu Beginn einer neuen Ära in der Biologie, Pathologie und allgemeine Nanoscience.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Herstellung von einem Hyperlens beinhaltet drei Hauptschritte: Definition halbkugelförmigen Geometrie in das Quarz Substrat durch eine nasse Ätzprozess Stapeln der Metall- und dielektrische Multilayer verwenden ein Elektron Lichtstrahl Verdampfungssystem und Beschriftung der Objekt auf dem Cr-Layer. Der wichtigste Schritt ist die zweite, da es die Qualität der Hyperlens erheblich beeinträchtigen kann. In der Dünnschicht-Abscheidung gibt es zwei Bedingungen, die spezielle für ein klares Bild super gelöst Pflege…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird finanziell unterstützt durch Young Investigator Programm (NRF-2015R1C1A1A02036464), Engineering Research Center Program (NRF-2015R1A5A1037668) und Global Frontier Program (CAMM-2014M3A6B3063708), m.k., S.S, I.K anerkennen die globale Ph.d. Stipendien (NRF-2017H1A2A1043204, NRF-2017H1A2A1043322, NRF-2016H1A2A1906519) durch die National Research Foundation of Korea (NRF) Zuschuss gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, IKT und Zukunft planen (MSIP) der koreanischen Regierung.
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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