مظاهرة مجهر المتكاملة هايبرلينس وتصوير القرار فائقة
سبتمبر 8, 2017
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.
الهدف العام من هذا الإجراء التجريبي هو إظهار عملية التصنيع وتصوير الحيود الفرعي لجهاز العدسة الفائقة ثنائي الأبعاد. تتميز تقنية التصوير الجديدة فائقة الدقة هذه بمزايا التصوير في الوقت الفعلي والتنفيذ البسيط للبصريات التقليدية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على سؤال رئيسي في مجال التصوير فائق الدقة مثل تصوير الخلية الحية والجسيمات النانوية الديناميكية تحت حد الكسر.
العدسة الفائقة هي عدسة كروية خاصة ذات هيكل متعدد الطبقات لها تشتت زائدي مسطح يدعم تكبير المعلومات عالية التردد ودقة البصريات المماثلة في المجال البعيد في الوقت الفعلي. الميزة الرئيسية للعدسة الفائقة الكروية هي أنها يمكن أن تكبير المعلومات ثنائية الأبعاد بترددات مرئية. يمكن أيضا دمج العدسة الفائقة الكروية بسهولة في الفحص المجهري التقليدي دون نظام معقد إضافي.
سيظهر الإجراء داسول لي وإنكي كيم وهما طلاب دراسات عليا في مختبري. للبدء ، قم بتدوير رقاقة الكوارتز بمقاومة ضوء إيجابية عند 2,000 دورة في الدقيقة واخبزيها لمدة 60 ثانية عند 90 درجة مئوية. بعد ذلك ، استخدم آلة التقطيع لتقطيع الرقاقة بمقاومة الضوء إلى قطع صغيرة بحجم 20 × 20 ملم مربع.
انفخ القطع باستخدام مسدس نيتروجين مضغوط لإزالة أي جزيئات ناتجة عن خطوة القطع. بعد ذلك ، ضع الرقاقة المقطوعة في حمام بالموجات فوق الصوتية من الماء منزوع الأيونات لمدة خمس دقائق عند 45 درجة مئوية. قم بإزالة الطبقة المقاومة للضوء باستخدام حمام بالموجات فوق الصوتية من الأسيتون لمدة خمس دقائق عند 45 درجة مئوية.
بعد ذلك ، قم بتنظيف الركيزة عن طريق وضعها في حمام بالموجات فوق الصوتية من كحول الأيزوبروبيل لمدة خمس دقائق عند 45 درجة مئوية. جفف الركيزة بمسدس نيتروجين مضغوط. لحفر نمط القناع ، قم أولا بتحميل ركائز الكوارتز النظيفة في نظام تبخر شعاع الإلكترون عالي الفراغ.
قم بإيداع طبقة الكروم بمعدل ترسيب يبلغ اثنين من الأنجستروم في الثانية. اضغط على زر التهوية لتنفيس الغرفة. قم بتركيب عينة على شعاع الأيونات المركز أو حامل FIB باستخدام شريط نحاسي موصل.
ثم قم بتحميل حامل FIB في غرفة FIB. أغلق باب الغرفة واضغط على زر المضخة لإخلاء الغرفة. حدد Beam On ضمن علامة تبويب التحكم في الشعاع واضبط تيار الحزمة الأيونية وجهد التسارع لوضع FIB.
قم بتشغيل نظام شعاع الأيونات. حدد Beam On ضمن علامة تبويب التحكم في الشعاع لتشغيل شعاع الإلكترون وتركيز الصورة بتكبير منخفض باستخدام البرنامج. بعد ذلك ، اضبط مسافة العمل على أربعة ملليمترات أسفل علامة تبويب التنقل في وضع المجهر الإلكتروني المسح.
اضبط زاوية إمالة الحامل على 52 درجة والتقط صور التسويق عبر محرك البحث بتكبيرات مختلفة قبل تصنيع نمط قناع مصفوفة الفتحة. ضمن علامة التبويب الزخرفة ، اختر منطقة الزخرفة وقم بعمل مصفوفة ثقب 50 نانومتر على طبقة الكروم. بعد الانتهاء ، قم بإيقاف تشغيل شعاع الإلكترون وأنظمة الحزمة الأيونية وقم بتبريدها.
قم بإعداد زر التهوية لتنفيس الغرفة بغاز النيتروجين. ثم أخرج الحامل من الغرفة. بعد ذلك ، ضع الركيزة المزخرفة في واحد إلى 10 أكسيد مخزن لمدة خمس دقائق.
ضع الركيزة المزخرفة في الماء منزوع الأيونات لتنظيف حفر الأكسيد المخزن مؤقتا. ثم جفف العينة بغاز النيتروجين المضغوط. ضع الركيزة المزخرفة في نقش الكروم لإزالة طبقة قناع الكروم.
أخيرا ، ضع الركيزة المزخرفة في الماء منزوع الأيونات لمدة خمس دقائق لتنظيفها. اضغط على زر التهوية لنظام تبخر شعاع الإلكترون وانتظر حتى تنتهي فتحة التهوية. بعد ذلك ، قم بتحميل الركيزة المزخرفة في نظام تبخر شعاع الإلكترون عالي الفراغ بعد التهوية.
أغلق باب الغرفة وأخرج الغرفة بالضغط على زر المضخة. قم بإيداع الطبقة الفضية بمعدل نمو أنجستروم واحد في الثانية وقم بإيداع طبقة فضية بسمك 15 نانومتر. بعد ترسب الطبقة الفضية ، قم بتبريد الركيزة لمدة خمس دقائق.
قم بتغيير جيب نظام تبخر شعاع الإلكترون عن طريق اختيار بوتقة أخرى وإيداع طبقة أكسيد التيتانيوم بمعدل نمو أنجستروم واحد في الثانية. ثم قم بإيداع طبقة أكسيد التيتانيوم بسمك 15 نانومتر. بعد ترسب طبقة أكسيد التيتانيوم ، قم بتبريد الركيزة لمدة خمس دقائق.
كرر خطوات الترسيب لعشرات الدورات لإيداع طبقة متعددة من الفضة وأكسيد التيتانيوم. قم بتغيير جيب نظام تبخر شعاع الإلكترون وقم بإيداع طبقة الكروم بسمك 50 نانومتر. بعد ترسب طبقة الكروم ، قم بإيقاف تشغيل نظام تبخر شعاع الإلكترون.
اضغط على زر التهوية وتنفيس الغرفة عن طريق إدخال غاز النيتروجين. بعد فتحة التهوية ، افتح باب الغرفة وأخرج حامل التثبيت من الغرفة. قم بإزالة جهاز العدسة الفائقة.
ثم أغلق باب الغرفة وأخرج الغرفة بالضغط على زر المضخة. قم بتركيب العدسة الفائقة المودعة بالكروم في نظام الطحن FIB وصمم هيكلا بحجم النانو وفقا لتعليمات الشركة المصنعة. بعد ذلك ، ضع مجهرا ضوئيا تقليديا من نوع الإرسال على الطاولة البصرية.
قم بتوصيل مصدر ضوء أبيض بمسار إضاءة المجهر باستخدام محول. ضع مرشح ممر النطاق البصري في المنتصف عند 410 نانومتر. حدد عدسة موضوعية غمر بالزيت عالي التكبير واستخدم كاميرا CCD عالية الجودة للحصول على الصور.
ضع قطرة من زيت الغمر على العدسة الموضوعية. أخيرا ، ضع عدسة فائقة على مرحلة العينة والتقط الصور. يظهر هنا عدسة فائقة تتكون من طبقات متعددة من الفضة وأكسيد التيتانيوم تترسب بالتناوب.
تظهر الصورة المقطعية أن الطبقة المتعددة من الطبقة الرقيقة من الفضة وأكسيد التيتانيوم تترسب بسماكة موحدة على ركيزة الكوارتز نصف الكروية. تتمتع العدسة الفائقة المكونة من الفضة وأكسيد التيتانيوم بأداء رائع عند الطول الموجي 410 نانومتر لأن علاقة التشتت للطبقات المتعددة المكدسة لها منحنى تشتت زائدي كما هو موضح هنا. يمكن أن تنتشر مكونات متجه الموجة المكانية العالية على طول الاتجاه الشعاعي للعدسة الفائقة.
يمكنللميزات الصغيرة التي تحتوي على مكونات عالية التردد لا يمكن التقاطها بواسطة البصريات التقليدية أن تنتشر إلى المجال البعيد من خلال العدسة الفائقة كما تم حسابها بواسطة محاكاة العناصر المحدودة. بعد التصنيع ، يمكن دمج العدسة الفائقة في نظام المجهر التقليدي كما هو موضح في هذا الرسم التخطيطي البسيط لنظام التصوير الفائق. يتم وضع العدسة الفائقة على العدسة الشيئية.
لإظهار العدسة الفائقة ، يتم نقش نمط اصطناعي على السطح الداخلي للعدسة الفائقة. تظهر النتائج الصور الملتقطة من خلال العدسة الفائقة. تتراوح أحجام الفجوات من 160 نانومتر إلى 180 نانومتر في كل حالة.
يتم حل ميزات الحيود الفرعي المحدودة ويمكن تأكيد قوة التحليل الفائق للعدسة الفائقة. مهد تطوير العدسة الفائقة الطريق لتقنية التصوير فائقة الدقة لاستكشاف آلات الجزيئات الحيوية بحجم النانو والجسيمات النانوية غير العضوية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، قد يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع عدسة فائقة الجودة وإعداد نظام التصوير فائق الدقة الخاص بك.
نتوقع أن يتم تحسين تقنية العدسة الفائقة من الناحية العملية من خلال اعتماد طريقة تصنيع قابلة للتطوير وقابلة للتكرار. ستسمح العدسة الفائقة للعلماء بمراقبة الديناميكيات الفيزيائية الحيوية التي تحدث على نطاق النانو في الوقت الفعلي والعمل كجيل جديد من التصوير فائق الدقة في تطبيقات مختلفة مثل علم الأحياء والعلوم الطبية وعلوم المواد وتكنولوجيا النانو.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة بروتوكولًا لتصنيع وتطبيقات التصوير لعدسة فائقة الكروية، وهي تقنية تصوير فائق الدقة مبتكرة. تقدم العدسة الفائقة مزايا في التصوير في الوقت الحقيقي ويمكن دمجها بسهولة مع البصريات التقليدية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- التصوير فائق الدقة
- الهندسة البصرية
- تقنيات الميكروسكوب
الخلفية
- العدسة الفائقة هي عدسة كروية ذات هيكل متعدد الطبقات.
- تدعم تكبير المعلومات عالية التردد.
- تعتبر قدرات التصوير في الوقت الحقيقي ميزة هامة.
- يمكنها تحليل المعلومات البصرية في المجال البعيد.
هدف الدراسة
- لإظهار عملية تصنيع جهاز العدسة الفائقة.
- لعرض تطبيقها في التصوير دون الحيود.
- لمعالجة الأسئلة الرئيسية في التصوير فائق الدقة.
الطرق المستخدمة
- تصنيع جهاز عدسة فائقة ثنائية الأبعاد.
- الدمج مع أنظمة الميكروسكوب التقليدية.
- التصوير في الوقت الحقيقي للخلايا الحية والجسيمات الديناميكية النانوية.
- استخدام التشتت الزائد للتكبير.
النتائج الرئيسية
- العدسة الكروية الفائقة تعمل بشكل فعال على تكبير المعلومات ثنائية الأبعاد.
- تعمل على ترددات مرئية.
- تمت تجربة قدرتها على التصوير أسفل حد الحيود.
- اندماج ناجح مع الأنظمة البصرية الحالية.
الاستنتاجات
- العدسة الكروية الفائقة هي أداة واعدة للتصوير فائق الدقة.
- تبسط عملية التصوير مع البصريات التقليدية.
- تطبيقات محتملة في التصوير البيولوجي وتقنية النانو.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Super-resolution imaging addresses the diffraction limit barrier in conventional microscopy, enabling visualization of subcellular structures and dynamic processes at nanoscale resolution. The spherical hyperlens technique provides real-time, far-field imaging with straightforward integration into existing optical systems, reducing technical complexity for discovery workflows. This capability supports target validation and mechanistic de-risking by allowing direct observation of molecular interactions and nanoparticle behavior in live-cell environments.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by resolving subcellular features below the diffraction limit.
- Operational Value: Supports functional target validation through direct visualization of molecular dynamics in live cells.
- Predictive Value: Enhances confidence in target engagement studies by providing real-time, label-free imaging of nanoparticle trafficking.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for high-content screening by enabling quantitative nanoscale imaging.
- Reproducibility: Delivers standardized, real-time readouts across experimental conditions through consistent far-field magnification.
- Platform Integration: Facilitates scalable compound evaluation via compatibility with conventional microscopy and oil immersion objectives.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Enables imaging of living cells and dynamic nanoparticles, supporting translational biomarker discovery in nanomedicine.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery and preclinical validation by resolving subcellular mechanisms in disease-relevant models.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs advancement choices by visualizing nanoparticle distribution and cellular uptake mechanisms.
Pipeline & Workflow Integration
The hyperlens method fits within the discovery continuum from early target validation through lead identification to preclinical studies, enabling nanoscale imaging at each stage.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by resolving subcellular structures and molecular complexes.
- Screening: Provides assay-ready, quantitative outputs for compound screening via real-time, subdiffraction-limited imaging.
- Analytics: Generates spatial and temporal measurements of nanoparticle dynamics and molecular interactions for comparative analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical work through disease-relevant imaging of living cells and nanoparticle behavior.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging platform across projects due to simple integration with standard microscopes.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by enabling direct observation of nanoscale biological processes.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through consistent fabrication and imaging protocols.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by reducing late-stage biological risk through early nanoscale validation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by visualizing target engagement and nanoparticle efficacy in vivo-like conditions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in thin-film deposition, electron beam evaporation, and focused ion beam milling.
- Needs access to high-vacuum deposition systems, FIB instrumentation, and optical microscopy with oil immersion objectives.
- Demands cross-team standardization for fabrication parameters and imaging conditions to ensure reproducibility.
- Involves adaptation considerations for different biological samples and nanoparticle types due to substrate and wavelength dependencies.
- Limited by the need for precise multilayer thickness control and wavelength-specific operation (e.g., 410 nm) as demonstrated in the protocol.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:18
Substrate Preparation
2:18
Etching the Mask Pattern, Wet-etching Process, and Removal of the Mask Layer
4:29
Multilayer Deposition, Nano-sized Object Inscription, and Imaging
7:11
Results: Fabrication Results and Capability of Super-resolution Imaging of the Hyperlens
8:51
Conclusion
