Name: Démonstration d’un Microscope intégré Hyperlens et Super-resolution Imaging (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-08T11:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: Découvrez la fabrication d'un hyperlentille sphérique pour l'imagerie en super-résolution. Cette technique permet l'imagerie en temps réel de cellules vivantes et de nanoparticules dynamiques en dessous de la limite de diffraction.

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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.

1. préparation du substrat <ol><li>obtenir très sophistiquée des plaquettes de quartz. Pour la fabrication rapportée ici, utiliser une plaquette avec une épaisseur de 500 µm.</li>
	S <li>spin-manteau la gaufrette de quartz avec une photorésine positive à 2 000 tr/mn et cuire au four pendant 60 à 90 ° C. 
	Remarque : La couche de résine photosensible positive est recouverte pour éviter les dommages lors de l’étape de découpe ultérieure.</li>
	<li>Utiliser une machine de découpe pour couper la plaquette avec résine photosensible en petits morceaux de 20 x 20 mm 2 taille.</li>
	<li>Souffler l’aide d’un pistolet d’azote comprimé pour enlever les particules résultant de l’étape de la coupe.</li>
	<li>Placer dans un bain à ultrasons dans l’eau désionisée (DI) pendant 5 min à 45 ° C. Retirer la couche de résine photosensible à l’aide d’un bain à ultrasons dans l’acétone pendant 5 min à 45 ° C. nettoyer le substrat à l’aide de deux bains à ultrasons, l’acétone et l’alcool isopropylique, chacun pendant 5 min à 45 ° C.</li>
	<li>Sécher le substrat avec un fusil de l’azote comprimé.</li>
</ol> 2. Le modèle de masque de gravure <ol><li>charge le nettoyage des substrats de quartz dans un électron de vide élevé faisceau système d’évaporation. Assurez-vous que la rotation du substrat est activée.</li>
	<li>Déposer la couche de chrome avec un taux de dépôt de 2 Å/s. 
	Remarque : Une couche d’au moins 100 nm d’épaisseur devrait être déposée pour le masque de la gravure éviter les piqûres de dépôts.</li>
	<li>Appuyez sur le bouton de vent pour aérer la chambre et monter un échantillon sur le support de faisceau (FIB) ionique focalisé à l’aide de conduite ruban cuivre.</li>
	<li>Charger le titulaire de la FIB dans la chambre de la FIB.</li>
	<li>Fermer la porte de la chambre, puis appuyez sur le bouton de la pompe pour évacuer de la chambre de.</li>
	<li>Sélectionnez &#34; du faisceau sur &#34; sous l’onglet contrôle de faisceau et l’ensemble de l’ion faisceau courant (7,7 AP) et la tension d’accélération (30 kV) pour le mode de la FIB.</li>
	<li>Allumez le système de faisceau ionique.</li>
	<li>Sélectionnez &#34; du faisceau sur &#34; sous l’onglet contrôle de faisceau pour activer le faisceau d’électrons et de concentrer l’image avec faible grossissement, à l’aide de logiciels.</li>
	<li>Régler la distance de travail (WD) à 4 mm sous l’onglet de navigation en mode microscope électronique à balayage (MEB).</li>
	<li>Régler l’angle d’inclinaison du titulaire à 52° et prendre des images de la SEM à différents grossissements avant fabrication de modèle trou tableau masque.</li>
	<li>Sous l’onglet motifs, choisissez la région de structuration et de faire un tableau de trou 50 nm sur la couche de chrome. 
	Remarque : Il y a simple répétition d’outils accessibles sous l’onglet motifs. Contrôle de géométrie et de l’exposition plus complexe peut être atteint par importation d’images bitmap ou générer des scripts de.</li>
	<li>Après avoir terminé, éteindre le faisceau d’électrons et faisceau d’ions systèmes et refroidir le système.</li>
	<li>Appuyez sur le bouton de l’évent et aérer la chambre à l’azote. Le titulaire de la sortir de la chambre.</li>
	<li>Fermer la porte de la chambre et évacuer la chambre en appuyant sur le bouton de la pompe.</li>
</ol> 3. Wet-eau-forte processus et enlèvement de la couche de masque <ol><li>mettre le substrat à motifs en 01:10 buffered oxide etchant pendant 5 min. 
	Remarque : Le quartz est sélectivement et isotrope humide-gravé par le gel de mordançage et forme une forme sphérique. La forme de la lentille peut être obtenue avec le masque de la gravure et le diamètre est contrôlé avec précision lors de la gravure. Une meilleure forme sphérique peut être formée avec un diamètre plus petit de modèle. Un hémisphère 1,5 µm de diamètre peut être obtenu au sein de 5 min.</li>
	<li>Mettre le substrat à motifs dans l’eau distillée pour nettoyer le gel de mordançage oxyde tamponné (5 min, deux fois). 
	NOTE : Oxyde tamponné etchant peut être dangereux, alors soyez prudent lorsque vous utilisez ce gel de mordançage.</li>
	<li>Sécher l’échantillon à l’azote comprimé.</li>
	<li>Mettre le substrat à motifs en CR-7 chromium etchant pour enlever la couche de masque chrome. 
	NOTE : Après avoir enlevé la couche de chrome, un substrat à motifs sphériques 1.5 de µm de diamètre peut être obtenue.</li>
	<li>Mettre le substrat à motifs dans l’eau distillée pour le nettoyer (5 min).</li>
</ol> 4. Dépôts multicouches et taille Nano objet Inscription Remarque : une paire de couches sont déposées sur le substrat de quartz sphériques. Ici, Ag et TiO 2 sont utilisées comme les matériaux de dépôts. AG et TiO 2 sont déposés en alternance sur une épaisseur de 15 nm.
<ol><li>Appuyez sur le bouton de vent de la système d’évaporation de faisceau électronique et attendre que le vent dépasse.</li>
	<li>Charger le substrat à motifs dans un système d’évaporation sous vide électron faisceau après l’évent.</li>
	<li>Fermer la porte de la chambre et évacuer la chambre à un degré de vide de 10 -7 Torr en appuyant sur le bouton de la pompe. 
	Remarque : L’état de vide doit être maintenue à 10 -7 Torr à réduire la dispersion de la rugosité de surface.</li>
	<li>Déposer la couche Ag avec un taux de croissance de 1 Å / s et dépôt, une couche de Ag nm d’épaisseur 15.</li>
	<li>Après la déposition de la couche de Ag, refroidir le substrat pendant 5 min.</li>
	<li>Changer la poche de la système d’évaporation de faisceau électronique en choisissant un autre creuset et déposer la couche de 2 TiO avec un taux de croissance de 1 Å/s. dépôt, une couche de 2 TiO nm d’épaisseur 15. 
	Remarque : Au cours du processus de dépôt, le taux de croissance de film est maintenu bas pour maintenir l’uniformité de la rugosité de surface.</li>
	<li>Après la déposition de la couche de 2 TiO, refroidir le substrat pendant 5 min.</li>
	<li>Répéter les étapes 4.4 à 4.7 pour des dizaines de cycles à déposer une multicouche de Ag et TiO 2. 
	Remarque : À ce stade, la fabrication de hyperlens est au-dessus. La prochaine étape est de faire une fonction arbitraire de sous-sous-diffraction-limited pour tester la hyperlens capacité d’imagerie. Ouvertures de taille nanométrique et fentes sont inscrits par fraisage FIB.</li>
	<li>Changer la poche de la système d’évaporation de faisceau électronique et déposer la couche de chrome sur une épaisseur de 50 nm.</li>
	<li>Après la déposition d’une couche de Cr, éteindre le système d’évaporation de faisceau électronique. Appuyez sur le bouton d’évacuation et d’aérer la chambre en introduisant l’azote gazeux.</li>
	<li>Après l’évent, ouvrir la porte de la chambre et le support a sortir de la chambre. Enlever le dispositif fabriqué hyperlens.</li>
	<li>Fermer la porte de la chambre et évacuer la chambre en appuyant sur le bouton de la pompe.</li>
	<li>Monter les hyperlens déposés avec du chrome dans le FIB système de fraisage et une structure de taille nanométrique, par le fabricant de mires &#39; instructions de s.</li>
</ol> 5. Configuration le du système d’imagerie et la procédure d’imagerie <ol><li>Place un classique-type de transmission optique microscope sur la table optique. 
	NOTE : Ici, un microscope optique inversé a été utilisé comme le principal organe.</li>
	<li>Se connecter à une source de lumière blanche vers le chemin d’illumination de microscope à l’aide d’un adaptateur.</li>
	<li>Placer un filtre optique passe-bande centré à 410 nm. 
	Remarque : Le filtre passe-bande sélectivement pénètre la longueur d’onde spécifique de la lumière ; ici, les 410 nm voyant est allumé sur l’échantillon. Une hyperlens consistant en Ag et TiO 2 a haute performance à une longueur d’onde nm 410. Le résultat de la simulation ( Figure 2c) indique les performances de l’hyperlens, qui satisfait la relation de dispersion hyperbolique à 410 lumière nm.</li>
	<li>Sélectionner un objectif à immersion dans l’huile-fort grossissement. Utiliser une caméra CCD de haute qualité pour obtenir les images. 
	Remarque : Ce paramètre optique met juste l’interdictiondpass filtrer dans le chemin de lumière éclairage à trier à la lumière de longueur d’onde 410 nm. Une longueur d’onde spécifique de la lumière peut être éclairée sur l’échantillon sans utiliser de lumière blanche, mais dans un laboratoire normal, microscopes optiques peuvent avoir une source de lumière blanche pour l’observation d’échantillons à travers le champ lumineux ou en imagerie de fluorescence.</li>
	<li>Déposer une goutte d’huile à immersion sur la lentille de l’objectif. Placez un hyperlens sur les images de scène et capture d’exemple. 
	Remarque : Les objets de taille nanométrique inscrits sur la surface intérieure de la hyperlens peuvent être éclairées à 410 nm. Avec les hyperlens, les objets de taille nanométrique seront être grossies et capturés par l’objectif et photographiés par la caméra CCD.</li>
</ol>

<ol><li>Abbe, E. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02956173?LI=true">Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung.</a> Archiv für mikroskopische Anatomie. 9 (1), 413-418 (1873).</li>
<li>Dürig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Dieter_Pohl/publication/224419975_Near-Field_Optical_Scanning_Microscopy_in_Reflection/links/00b7d5270d75651937000000.pdf">Near-field optical-scanning microscopy.</a> J Appl Phys. 59 (10), 3318-3327 (1986).</li>
<li>Pendry, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+Refraction+Makes+a+Perfect+Lens%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Negative Refraction Makes a Perfect Lens.</a> Phys Rev Lett. 85 (18), 3966-3969 (2000).</li>
<li>Fang, N., Liu, Z., Yen, T. -J., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regenerating+evanescent+waves+from+a+silver+superlens%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Regenerating evanescent waves from a silver superlens.</a> Opt Express. 11 (7), 682-687 (2003).</li>
<li>Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-Diffraction-Limited+Optical+Imaging+with+a+Silver+Superlens%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens.</a> Science. 308 (5721), 534-537 (2005).</li>
<li>Melville, D. O. S., Blaikie, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-resolution+imaging+through+a+planar+silver+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Super-resolution imaging through a planar silver layer.</a> Opt Express. 13 (6), 2127-2134 (2005).</li>
<li>Taubner, T., Korobkin, D., Urzhumov, Y., Shvets, G., Hillenbrand, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-Field+Microscopy+Through+a+SiC+Superlens%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Near-Field Microscopy Through a SiC Superlens.</a> Science. 313 (5793), 1595-1595 (2006).</li>
<li>Jacob, Z., Alekseyev, L. V., Narimanov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Hyperlens%3A+Far-field+imaging+beyond+the+diffraction+limit%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit.</a> Opt Express. 14 (18), 8247-8256 (2006).</li>
<li>Lee, H., Liu, Z., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+optical+hyperlens+for+imaging+below+the+diffraction+limit%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Development of optical hyperlens for imaging below the diffraction limit.</a> Opt Express. 15 (24), 15886-15891 (2007).</li>
<li>Liu, Z., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Far-Field+Optical+Hyperlens+Magnifying+Sub-Diffraction-Limited+Objects%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects.</a> Science. 315 (5819), 1686-1686 (2007).</li>
<li>Kim, M., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metamaterials+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Converg%22%5BJournal%5D)">Metamaterials and imaging.</a> Nano Converg. 2 (1), 22(2015).</li>
<li>Byun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+nanoimprinted+hyperlens+array+for+high-throughput+sub-diffraction+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Demonstration of nanoimprinted hyperlens array for high-throughput sub-diffraction imaging.</a> Sci Rep. 7, 46314(2017).</li>
<li>Shekhar, P., Atkinson, J., Jacob, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperbolic+metamaterials%3A+fundamentals+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Converg%22%5BJournal%5D)">Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications.</a> Nano Converg. 1 (1), 14(2014).</li>
<li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra17098f">Sub-diffraction demagnification imaging lithography by hyperlens with plasmonic reflector layer.</a> RSC Advances. 6 (98), 95973-95978 (2016).</li>
<li>Sun, J., Xu, T., Litchinitser, N. M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04175">Experimental demonstration of demagnifying hyperlens.</a> Nano Lett. 16 (12), 7905-7909 (2016).</li>
<li>Kim, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+sub-wavelength+nanofocusing+of+UV-visible+light+by+hyperbolic+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Deep sub-wavelength nanofocusing of UV-visible light by hyperbolic metamaterials.</a> Sci Rep. 6, 38645(2016).</li>
<li>Rho, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spherical+hyperlens+for+two-dimensional+sub-diffractional+imaging+at+visible+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Spherical hyperlens for two-dimensional sub-diffractional imaging at visible frequencies.</a> Nat Commun. 1, 143(2010).</li>
<li>Chen, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-thin+ultra-smooth+and+low-loss+silver+films+on+a+germanium+wetting+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer.</a> Opt Express. 18 (5), 5124-5134 (2010).</li>
</ol>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

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 conditions qui nécessitent des soins spéc...

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.

<table><tbody><tr><td>Fraiseuse à faisceau d’ions focalisés</td><td>FEI</td><td>Helios Nanolab G3 CX</td><td></td></tr><tr><td>Système d’évaporation par faisceau d’électrons</td><td>Electrique à balayage Korea Vacuum Tech</td><td>KVE-E4000</td><td></td></tr><tr><td>Hitachi</td><td></td><td>SU6600</td><td></td></tr><tr><td>Microscopie inversée</td><td>Zeiss</td><td>Axiovert 200</td><td></td></tr><tr><td>Source lumineuse</td><td>EXCELITAS Technologies</td><td>X-Cite 110 LED</td><td></td></tr><tr><td>Filtre passe-bande</td><td>Chroma</td><td>ET405/30M</td><td></td></tr><tr><td>Objectif</td><td>Zeiss</td><td>Plan-Apochromat</td><td>NA=1.3, Caméra CCD 100X</td></tr><tr><td></td><td>Andor</td><td>Zyla 4.2</td><td></td></tr><tr><td>Plaquette</td><td>de quartz CORNING</td><td>Silice fondue Corning 7980</td><td></td></tr><tr><td>Tampon d’oxyde de mordançage</td><td>J.T Baker TM</td><td>J.T.Baker 5175</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>AZ electronic matériaux</td><td>GXR-601 PR</td><td></td></tr><tr><td>Agent de gravure au chrome</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>651826</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>J.T Baker TM</td><td>UN1090</td><td></td></tr><tr><td>Alcool isopropylique</td><td>J.T Baker TM</td><td>UN1219</td><td></td></tr><tr><td>Outil de simulation FEM</td><td>COMSOL 5.1 Multiphysics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

démonstration d’un microscope intégré hyperlens et super-resolution imaging

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

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.

La capacité de l’appareil de hyperlens pour résoudre les caractéristiques secondaires de diffraction repose sur son uniformité et une fabrication de haute qualité. Ici, un hyperlens est composé d’une multicouche de Ag et TiO2 déposés en alternance. Figure 2 a montre l’image de SEM d’un hyperlens bien fait17. L’image coupe transversale montre que le multicouche d’Ag et Ti3O5 film mince est déposé avec un...

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.

Démonstration d’un Microscope intégré Hyperlens et Super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

L'objectif général de cette procédure expérimentale est de démontrer le processus de fabrication et l'imagerie subdiffractionnelle du dispositif hyperlentille bidimensionnel. Cette technique d'imagerie super-résolutive novatrice présente les avantages d'une imagerie en temps réel et d'une mise en œuvre simple avec les optiques conventionnelles. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l'imagerie super-résolutive, telles que l'imagerie de cellules vivantes et de nanoparticules dynamiques au-delà de la limite de diffraction.L'hyperlentille est une lentille sphérique spéciale à structure multicouche possédant une dispersion hyperbolique plane qui permet l'amplification d'informations à haute fréquence et la résolution d'optiques similaires en champ lointain en temps réel. Le principal avantage de l'hyperlentille sphérique est sa capacité à amplifier des informations bidimensionnelles à des fréquences visibles. Une hyperlentille sphérique peut également être facilement intégrée à la microscopie conventionnelle sans système supplémentaire complexe.La procédure sera démontrée par Dasol Lee et Inki Kim, étudiants diplômés de mon laboratoire. Pour commencer, appliquez par rotation un photo-résist positif sur la plaquette de quartz à 2 000 tr/min et faites cuire pendant 60 secondes à 90 degrés Celsius. Ensuite, utilisez une machine de découpage pour couper la plaquette recouverte de photo-résist en petits morceaux de 20 par 20 millimètres carrés.Soufflez les morceaux à l’aide d’un pistolet à azote comprimé pour éliminer toute particule résultant de l’étape de découpe. Ensuite, placez la tranche découpée dans un bain ultrasonore d’eau déionisée pendant cinq minutes à 45 degrés Celsius. Retirez la couche de photo-résist à l’aide d’un bain ultrasonore d’acétone pendant cinq minutes à 45 degrés Celsius.Ensuite, nettoyez le substrat en le plaçant dans un bain ultrasonique d'alcool isopropylique pendant cinq minutes à 45 degrés Celsius. Séchez le substrat à l'aide d'un pistolet à azote comprimé. Pour graver le motif du masque, chargez d'abord les substrats de quartz propres dans un système d'évaporation par faisceau d'électrons sous vide élevé.Déposez la couche de chrome avec un taux de dépôt de deux angströms par seconde. Appuyez sur le bouton de ventilation pour ventiler la chambre. Montez un échantillon sur le porte-échantillon à faisceau d'ions focalisés ou FIB à l'aide d'un ruban de cuivre conducteur.Ensuite, insérez le porte-échantillon FIB dans la chambre FIB. Fermez la porte de la chambre et appuyez sur le bouton de pompage pour faire le vide dans la chambre. Sélectionnez « Beam On » sous l'onglet de commande du faisceau et réglez le courant du faisceau d'ions ainsi que la tension d'accélération pour le mode FIB.Activez le système de faisceau d'ions. Sélectionnez « Faisceau activé » dans l'onglet de commande du faisceau pour activer le faisceau d'électrons et focalisez l'image avec un faible grossissement à l'aide du logiciel. Ensuite, réglez la distance de travail à quatre millimètres dans l'onglet de navigation en mode microscope électronique à balayage.Réglez l'angle d'inclinaison du porte-objet à 52 degrés et prenez des images MEB à différentes amplifications avant la fabrication du motif de masque en réseau de trous. Sous l'onglet de structuration, sélectionnez la zone de structuration et créez un réseau de trous de 50 nanomètres sur la couche de chrome. Une fois terminé, éteignez les systèmes de faisceau d'électrons et de faisceau d'ions et laissez-les refroidir.Appuyez sur le bouton de ventilation pour purger la chambre avec du gaz azote. Ensuite, retirez le support de la chambre. Puis, placez le substrat structuré dans un à dix de solution d'agent gravant tamponné à l'oxyde pendant cinq minutes.Placer le substrat structuré dans de l'eau déionisée pour éliminer l'agent de gravure tamponné à l'oxyde. Ensuite, sécher l'échantillon à l'aide d'azote comprimé. Placer le substrat structuré dans l'agent de gravure au chrome pour enlever la couche masque en chrome.Enfin, placez le substrat structuré dans de l'eau déionisée pendant cinq minutes pour le nettoyer. Appuyez sur le bouton de ventilation du système d'évaporation par faisceau d'électrons et attendez que la ventilation soit terminée. Ensuite, chargez le substrat structuré dans un système d'évaporation par faisceau d'électrons sous vide élevé après la ventilation.Fermez la porte de la chambre et faites le vide dans la chambre en appuyant sur le bouton de la pompe. Déposez la couche d'argent avec une vitesse de croissance d'un angström par seconde et déposez une couche d'argent d'une épaisseur de 15 nanomètres. Après le dépôt de la couche d'argent, laissez refroidir le substrat pendant cinq minutes.Changez le creuset du système d'évaporation par faisceau d'électrons et déposez la couche d'oxyde de titane avec une vitesse de croissance d'un angström par seconde. Ensuite, déposez une couche d'oxyde de titane d'une épaisseur de 15 nanomètres. Après le dépôt de la couche d'oxyde de titane, laissez refroidir le substrat pendant cinq minutes.Répétez les étapes de dépôt pendant des dizaines de cycles afin de déposer un multicouche d'argent et d'oxyde de titane. Changez de compartiment du système d'évaporation par faisceau d'électrons et déposez la couche de chrome à une épaisseur de 50 nanomètres. Après le dépôt de la couche de chrome, éteignez le système d'évaporation par faisceau d'électrons.Appuyez sur le bouton de ventilation et purgez la chambre en introduisant du gaz d'azote. Après la purge, ouvrez la porte de la chambre et retirez le support de montage de l'intérieur. Retirez délicatement le dispositif d'hyperlentille fabriqué.Ensuite, fermez la porte de la chambre et faites le vide dans la chambre en appuyant sur le bouton de la pompe. Montez l'hyperlentille déposée avec du chrome dans le système de microtommie FIB et gravez une structure de taille nanométrique conformément aux instructions du fabricant. Ensuite, placez un microscope optique classique de type transmission sur la table optique.Connectez une source de lumière blanche au trajet d'illumination du microscope à l'aide d'un adaptateur. Placez un filtre optique passe-bande centré à 410 nanomètres. Sélectionnez un objectif à immersion huile de fort grossissement et utilisez une caméra CCD de haute qualité pour obtenir les images.Déposez une goutte d’huile à immersion sur l’objectif. Enfin, placez un hyperlentille sur la platine d’échantillonnage et capturez les images. On voit ici une hyperlentille composée de couches alternées d’argent et d’oxyde de titane déposées en multicouches.L'image en coupe transversale montre que le multicouche de film mince d'argent et d'oxyde de titane est déposé avec une épaisseur uniforme sur le substrat hémisphérique en quartz. Une hyperlentille constituée d'argent et d'oxyde de titane présente de très bonnes performances à une longueur d'onde de 410 nanomètres, car la relation de dispersion des couches empilées présente une courbe de dispersion hyperbolique, comme indiqué ici. Les composantes à vecteur d'onde spatial élevé peuvent se propager selon la direction radiale de l'hyperlentille.Les petites structures possédant des composantes à haute fréquence, qui ne peuvent pas être capturées par l'optique conventionnelle, peuvent se propager jusqu'au champ lointain à travers l'hyperlentille, comme le montre le calcul par simulation par éléments finis. Après la fabrication, l'hyperlentille peut être intégrée au système de microscope conventionnel, tel qu'illustré dans ce schéma simple du système d'imagerie par hyperlentille. L'hyperlentille est placée sur l'objectif.Pour la démonstration de l'hyperlentille, un motif artificiel est gravé sur la surface intérieure de l'hyperlentille. Les résultats montrent les images capturées à travers l'hyperlentille. Les dimensions des espaces varient de 160 nanomètres à 180 nanomètres dans chaque cas.Les détails sous la limite de diffraction sont résolus et le pouvoir de super-résolution de l'hyperlentille peut être confirmé. Le développement de l'hyperlentille a ouvert la voie à des techniques d'imagerie super-résolutive permettant d'explorer les mécanismes des biomolécules de taille nanométrique ainsi que les nanoparticules inorganiques. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer une hyperlentille de haute qualité et mettre en place votre propre système d'imagerie super-résolutive.Nous nous attendons à ce que la technique de l'hyperlentille gagne en praticité grâce à l'adoption d'une méthode de fabrication évolutive et reproductible. L'hyperlentille permettra aux scientifiques d'observer en temps réel les dynamiques biophysiques se produisant à l'échelle nanométrique et servira d'imagerie super-résolutive de nouvelle génération dans divers domaines tels que la biologie, la médecine, la science des matériaux et la nanotechnologie.

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