Name: ハイパー レンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-08T11:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: 学ぶ球面ハイパーレンズの作製法と可視光での超解像イメージング技術。従来の顕微鏡と簡単に統合でき、生細胞や動的ナノ粒子のリアルタイム観察が可能です。

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この作品は若い調査官プログラム (NRF 2015R1C1A1A02036464)、工学研究センター プログラム (NRF 2015R1A5A1037668)、グローバル フロンティア (CAMM 2014M3A6B3063708) によって財政上支えられる、m. k. s. s.、I.K. 認めるグローバル博士科学省、ICT と韓国政府の将来計画 (MSIP) によって資金を供給された国立研究財団の韓国 (NRF) グラントを通じてフェローシップ (NRF-2017H1A2A1043204、NRF-2017H1A2A1043322、NRF-2016H1A2A1906519)。

1 です。 基板の準備 <ol><li>取得が高い水晶ウェハを洗練されました。報告作製のためここでは、500 μ m の厚みでウェーハを使用します</li>。
	<li>スピンコートで 2,000 rpm と 60 焼くポジ型フォトレジストによる石英ウエハ s 90 ° C 
	注: ポジ型フォトレジスト層以降切削手順中に破損しないようにコーティングされています</li>。
	<li>サイズの小片 20 × 20 mm 2 にフォトレジストでウェハをカットするダイシング マシンを使用します</li>。
	<li>切削手順から生じる粒子を削除する圧縮窒素銃を使用して爆破します</li>。
	<li>イオン交換 (DI) 水 45 で 5 分間の超音波風呂に配置 ° C. 削除 45 で 5 分間アセトン超音波浴を用いたフォトレジスト層 ° c. きれいに 2 つの超音波風呂、アセトン、イソプロピル アルコール、それぞれで 5 分間を用いた基板45 ° C</li>
	<li>乾燥した圧縮窒素銃を持つ基板</li>。
</ol> 2。マスク パターンをエッチング <ol><li>ロード クリーン石英基板上に高真空電子ビーム蒸着装置。基板回転が有効になっていることを確認します</li>。
	<li>は、2 の成膜速度とクロム層を堆積 Å/秒 
	注: 少なくとも 100 nm 厚層はエッチング マスク蒸着製ピンホールを防ぐために堆積する必要があります</li>。
	<li>商工会議所を口に銅テープを導集束イオンビーム (fib) ホルダー サンプルをマウントし口ボタンを押します</li>。
	<li>FIB チャンバーに FIB ホルダーを読み込む</li>。
	<li>部屋の扉を閉じるし、商工会議所を避難するポンプのボタンを押します</li>。
	<li>選択 &#34; ビーム &#34; ビーム制御タブとセットの下でイオン ビーム電流 (7.7 pA) と加速電圧 (30 kV) FIB モード</li>。
	<li>イオンビーム照射装置を有効にします</li>。
	<li>選択 &#34; ビーム &#34; 電子ビームをオンにして、低倍率ソフトウェアを使用してイメージを集中させビーム制御タブの下です</li>。
	<li>4 mm 走査型電子顕微鏡 (SEM) モードでナビゲーション タブの下で作動距離 (WD) を設定します</li>。
	<li>52 ° にホルダーの角度を設定し、穴の配列マスク パターン形成前に異なる倍率で SEM 画像</li>。
	<li>パターン タブの下には、パターニング地域を選択し、クロム層を 50 nm の穴の配列 。
	注: パターニング ツールの [パターン] タブからアクセスできるシンプルながあります。複雑なジオメトリと露出制御は、ビットマップをインポートまたはスクリプトを生成することによって実現できます</li>。
	<li>を終えた後、電子ビーム、イオンビーム システムをオフし、システム冷却します</li>。
	<li>は、出口ボタンを押すし、チャンバー内に窒素ガスを発散します。商工会議所のホルダーを取る</li>。
	<li>部屋の扉を閉じ、ポンプのボタンを押して部屋を避難</li>。
</ol> 3。ウェット エッチング プロセスとマスク層の除去 <ol><li>1:10 にパターンの基板を置くバッファー酸化エッチング液 5 分 
	注: 石英等を個別・ ウェット エッチング、エッチング液では、球状の形を形成します。レンズの形状が得られるエッチング マスクとエッチング時間によって直径を精密に制御します。パターン径より球形の形を形作ることができます。5 分以内 1.5 μ m 径の半球を得ることができる</li>
	<li>・ ディ ・ バッファー酸化エッチング液 (5 分、2 回) をきれいにする水にパターンの基板を置く 。
	注: バッファー酸化エッチング液が危険である、このエッチング液を使用するとき注意してください</li>。
	<li>圧縮窒素ガスと試料を乾燥します</li>。
	<li>CR 7 クロム エッチング液クロム マスク レイヤーを削除するにパターンの基板を入れる 。
	注: クロム層を除去した後直径の球形パターン基板 1.5 μ m 取得できます</li>。
	<li>・ ディ ・水 (5 分) それをきれいにパターンの基板を置く</li>。
</ol> 4。多層膜蒸着とオブジェクト碑文のナノサイズ 注: レイヤーのペアは球状石英基板上に堆積します。ここでは、Ag および TiO 2 は、蒸着材として使用されます。Ag と TiO 2 15 の厚さで交互堆積した nm。
<ol><li>電子ビーム蒸着装置の出口ボタンを押すし、口が終わるまで待ちます</li>。
	<li>ベント後高真空電子ビーム蒸着装置にパターンの基板を読み込む</li>。
	<li>部屋の扉を閉じ、ポンプのボタンを押して、10 -7 Torr の真空度に商工会議所を避難 。
	注意: 真空度は 10 -7 Torr 表面粗さによる散乱を減らすために保管すべきです</li>。
	<li>銀の層 1 の成長率を預金 Å/s と預金 15 nm 厚の銀の層します</li>。
	<li>5 分の基板を冷やす Ag 層の蒸着後</li>
	<li>別にるつぼを選択することによって電子ビーム蒸着装置のポケットを変更し、15 nm 厚 TiO 2 層 1/s. Å 預金の成長率で TiO 2 層を堆積します 。
	注: 蒸着プロセスの間フィルムの成長率が低く保たれ表面粗さの均一性を維持するために.</li>
	<li>TiO 2 層の堆積後クールダウン 5 分の基板を</li>
	<li>Ag と TiO 2 の多層成膜するサイクル数万の手順 4.4 4.7 を繰り返します 。
	注: この時点でハイパー レンズ製作は以上です。次の手順は、イメージ能力ハイパー レンズをテストするための任意のサブ diffraction 限定機能を作るためです。ナノメートル サイズの開口とスリットが刻まれている FIB 加工</li>。
	<li>電子ビーム蒸着装置のポケットを変更し、50 の厚さのクロム層を堆積 nm</li>。
	<li>Cr 層の堆積後、電子ビーム蒸着装置をオフにします。出口ボタンを押すし、窒素ガスを導入することにより、商工会議所を発散します</li>。
	<li>通気口後、部屋の扉を開くし、商工会議所のホルダーをマウントを取る。ハイパー レンズ試作デバイスをはがします</li>。
	<li>部屋の扉を閉じ、ポンプのボタンを押して部屋を避難</li>。
	<li>FIB 加工システムにクロムと入金ハイパー レンズをマウントし、メーカーごとのナノ構造をパターン &#39; の指示</li>。
</ol> 5。イメージング システムのアップとイメージング手順 <ol><li>場所従来透過型光学顕微鏡光学テーブルにします 。
	注: ここでは、倒立顕微鏡本体として使用された</li>。
	<li>アダプターを使用して顕微鏡照明パスに白色光源を接続します</li>。
	<li>は、410 を中心とした光バンドパス フィルターを配置 nm 。
	注: 光の特定の波長バンドパス フィルターが選択的に浸透しここでは、サンプルに 410 nm の光が点灯します。Ag と TiO 2 から成るハイパー レンズは 410 nm の波長で高性能を持っています。シミュレーション結果 ( 図 2 c) 410 nm の光で双曲線の分散関係を満たすハイパー レンズの性能を示しています</li>。
	<li>は、高倍率の油浸対物レンズを選択します。高品質の CCD カメラを使用して、イメージを取得します 。
	注: この光設定をちょうど置く禁止dpass 410 nm の波長光を整理する光パスにフィルターを適用します。白色光を使用せずサンプルに光の特定の波長を点灯ことができますが、通常研究室では、光学顕微鏡明視野または蛍光イメージングを通じてサンプルの観察の白色光源があります</li>。
	<li>は、対物レンズに液浸オイルの滴を配置します。サンプル ステージ、キャプチャ画像に、ハイパー レンズを配置します 。
	注: ハイパー レンズの内面に内接ナノサイズ オブジェクトは 410 nm の光を点灯することができます。ハイパー レンズ、ナノサイズ オブジェクトが拡大されるとする対物レンズで撮影したし、CCD カメラによるイメージします</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>

著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。

ハイパー レンズの作製には 3 つの主要な手順が含まれています: とか電子ビーム蒸発システムを用いた金属/誘電体多層膜を積層エッチング プロセスにより石英基板に半球のジオメトリを定義する、Cr のレイヤーのオブジェクト。ハイパー レンズの品質に大きく影響する可能性が、最も重要なステップは、2 番目です。薄膜成膜プロセスに明確な超解像イメージの特別なケアを必要とする 2 つの条件があります。多層膜の非等角の蒸着は、完璧な球形の形から逸脱につながるとは、重要な問題の 1 つは共多層膜を積層します。成膜がない場合センターで膜厚を十分にゆっくりし、半球形状のエッジでは電子ビーム蒸着法の角度の性質により異なる傾向があります。空間的に異なる膜厚依存空間的拡大を生じさせると画像の歪みが発生します。したがって、等角積層を達成するために (より小さい 0.1 nm/秒) をできるだけ遅くフィルム成膜速度必要があります。
粗面は、光散乱の確率を高めるので、不完全なイメージを引き出すことができるもう一つの可能な要因は表面粗さです。それは、高い表面エネルギー材料の薄層の包含がシルバー<sup class=...

顕微鏡の発明につながったの細胞内の生体分子を観察する欲求および顕微鏡の出現は、最後の数世紀以上生物学、病理学および材料科学など様々 な分野の革命を伝達されます。しかし、研究のさらなる進展は約従来の顕微鏡の解像度を制限する回折によって制限されている波長1の半分。したがって、超解像度イメージング回折限界を克服するためには、最近数十年で興味深い研究領域をされています。
回折限界はオブジェクトのサブ波長情報を含むエバネッ セント波の損失に起因すると、エバネッ セント波が消えていくを防ぐためにまたはそれらの2,3を回復する初期の研究が行われています。回折限界を克服するために努力は、近接場光学顕微鏡、消費2される前にオブジェクトに近接エバネッ セント場を収集すると初めて報告されました。ただし、全体イメージ領域をスキャンし、それを再構築にかかる時間が長いと、リアルタイム イメージングに適用できません。「スーパー」エバネッ セント波を増幅するに基づいて別のアプローチは、リアルタイム イメージングの可能性を提供します、サブ波長イメージングは近傍領域でのみ可能なオブジェクト4,をはるかに超えてに到達できません。5,6,7。
最近、リアルタイム遠方光イメージング8,9,10、11,12への新しいアプローチとして、ハイパー レンズが浮上しています。高異方性双曲線メタマテリアル13の作られているハイパー レンズは同じ位相速度と高い空間情報をサポートできるようにフラット双曲線分散を表わします。さらに、運動量保存則のため高の横の波は徐々 に圧縮波を通過する円筒形状。この拡大情報、遠方界領域で従来は顕微鏡で検出できます。これは遠方の実時間イメージングに特に重要なの任意ポイントによってスキャンや画像再構成を必要としません。また、ハイパー レンズはナノリソグラフィを含むイメージング以外のアプリケーションに使用できます。逆にハイパー レンズを通過する光は、時間反転対称性14,,1516によるサブ回折領域に集中されます。
ここでは、表示の周波数で二次元の情報を拡大する球状のハイパー レンズについて報告する.従来の円筒形状とは異なりは、球状のハイパー レンズは実用的なイメージング アプリケーションを促進する 2 つの水平ディメンション内のオブジェクトを拡大します。製造方法と、ハイパー レンズ イメージング セットアップ高品質ハイパー レンズの再生のための詳細に掲載されています。サブ波長オブジェクトは、超解像の威力を証明するためにハイパー レンズに刻まれています。内接オブジェクトの小さな機能は、ハイパー レンズによって拡大されることを確認しました。したがって、リアルタイムで遠方界領域で明確に解決された画像が得られます。従来の顕微鏡との統合の容易さと球状ハイパー レンズのこの新しいタイプは、生物学、病理学および一般的なナノの新しい時代の幕開けにつながる実用的なイメージング アプリケーションの可能性を提供します。

<table><tbody><tr><td>集束イオンビームフライス盤</td><td>FEI</td><td>Helios Nanolab G3 CX</td><td></td></tr><tr><td>Eビーム蒸着システム</td><td>Korea Vacuum Tech</td><td>KVE-E4000</td><td></td></tr><tr><td>走査型電子顕微鏡</td><td>日立</td><td>SU6600</td><td></td></tr><tr><td>倒立顕微鏡</td><td>Zeiss</td><td>Axiovert 200</td><td></td></tr><tr><td>光源</td><td>EXCELITAS Technologies</td><td>X-Cite 110 LED</td><td></td></tr><tr><td>バンドパスフィルター</td><td></td><td>Chroma ET405/30M</td><td></td></tr><tr><td>対物レンズ</td><td>ツァイス</td><td>プランアポクロマート</td><td>NA=1.3, 100X</td></tr><tr><td>CCDカメラ</td><td>Andor</td><td>Zyla 4.2</td><td></td></tr><tr><td>クォーツウェーハ</td><td>CORNING</td><td>溶融シリカ コーニング 7980</td><td></td></tr><tr><td>緩衝酸化膜エッチング液</td><td>J.T.ベイカー TM</td><td>J.T.Baker 5175</td><td></td></tr><tr><td>フォトレジスト</td><td>AZ エレクトロニック材料</td><td>GXR-601 PR</td><td></td></tr><tr><td>クロムエッチング液</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>イソプロピルアルコール</td><td>J.T Baker TM</td><td>UN1219</td><td></td></tr><tr><td>FEMシミュレーションツール</td><td>COMSOL 5.1 マルチフィジックス</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ハイパー レンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ

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

超解像の従来の顕微鏡回折限界を克服するために画像の使用は、生物学、ナノテクノロジーの研究者の興味を集めています。近接場走査型顕微鏡と superlenses は、近傍領域の解像度を改善している、リアルタイムで遠方電界イメージングまま重要な課題になります。最近では、拡大し、波の伝播にエバネッ セント波を変換、ハイパー レンズは遠方電界イメージングへの新しいアプローチとして浮上しています。ここでは、銀 (Ag) とチタン (TiO2) 酸化物薄膜を交互で構成される球状ハイパー レンズの作製を報告します。従来の円筒形のハイパー レンズとは異なり球状ハイパー レンズ二次元拡大が可能です。したがって、従来の顕微鏡への取り込みは簡単です。新しい光学システム、ハイパー レンズと統合を提案することで、サブ波長画像でリアルタイムに遠方界領域で取得することができます。本研究で作製とイメージングのセットアップ方法は詳細に説明しました。この作品は、アクセシビリティと、ハイパー レンズの可能性だけでなく、細胞生物学、ナノテクノロジーの革命につながるのリアルタイム イメージングの実用的なアプリケーションにも説明します。

サブ回折機能を解決するハイパー レンズ装置の機能では、均一性と高品質の製作を依存しています。ここでは、ハイパー レンズは、交互に堆積した Ag と TiO2の多層で構成されます。図 2 aは、よく作られたハイパー レンズ17の SEM 像を示しています。断面の図では、Ag および Ti3O5薄膜の多層膜が半球状石英基板に均一な厚さに堆積されています。最終的なハイパー レンズ構造の表面粗さより少しにより 1.5 nm ルート二乗 (r.m.s) です。
我々 は誘電体として Ti3O5の代わりに TiO2を使用、高屈折率 2 以上がある、両方の材料が効果的な双曲線分散銀が詰まったときに上昇を与えるので。...

ハイパー レンズの使用は、リアルタイム画像と従来の光学系と、単純な実装の利点による新規超解像イメージング技術としてみなされています。ここでは、作製を記述するおよびイメージング球状ハイパー レンズのアプリケーション プロトコルを提案する.

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

この実験手順の全体的な目的は、二次元ハイパーレンズデバイスの作製プロセスおよびサブ回折限界イメージングを実証することです。この斬新な超解像イメージング技術は、リアルタイムイメージングが可能であること、および従来の光学系への導入が容易であるという利点があります。本手法は、生細胞や回折限界以下の動的なナノ粒子のイメージングなど、超解像イメージング分野における重要な課題の解決に寄与します。ハイパーレンズは、平坦な双曲面分散を持つ多層構造を備えた特殊な球状レンズであり、高周波情報の拡大および、遠方場における同様の光学系と同等の分解能をリアルタイムで実現します。球状ハイパーレンズの主な利点は、可視光周波数における二次元情報を拡大できることです。また、球状ハイパーレンズは、複雑な追加システムを必要とせずに、従来の顕微鏡に容易に組み込むことが可能です。本手順のデモンストレーションを行うのは、私の研究室の大学院生であるDasol LeeとInki Kimです。まず、クオーツウェハーにポジ型フォトレジストを2,000 rpmでスピンコートし、90 °Cで60秒間ベイクします。次に、ダイシングマシンを用いて、フォトレジストを塗布したウェハーを20 by 20 square millimetersの小さな断片に切り出します。圧縮窒素ガンを用いてピースを吹き付け、切断工程で生じた粒子を除去します。次に、切断したウェハーを45°Cの脱イオン水超音波洗浄槽に5分間浸漬します。続いて、45°Cのアセトン超音波洗浄槽で5分間処理し、フォトレジスト層を除去します。次に、基板を45 °Cのイソプロピルアルコール超音波洗浄機に5分間浸して洗浄します。圧縮窒素ガンを用いて基板を乾燥させます。マスクパターンをエッチングするため、まず洗浄した石英基板を高真空電子ビーム蒸着装置にロードします。1秒あたり2オングストロームの堆積速度でクロム層を堆積させます。ベントボタンを押し、チャンバーをベントします。導電性銅テープを使用して、集束イオンビーム（FIB）ホルダーに試料を固定します。次に、FIBホルダーをFIBチャンバーに装填します。チャンバーのドアを閉め、ポンプボタンを押してチャンバー内を真空にします。ビームコントロールタブで「Beam On」を選択し、FIBモードのイオンビーム電流と加速電圧を設定します。イオンビームシステムを起動します。ビームコントロールタブで「Beam On」を選択して電子ビームをオンにし、ソフトウェアを使用して低倍率で像をフォーカスします。次に、走査電子顕微鏡モードのナビゲーションタブで、作動距離を4 mmに設定します。ホルダーの傾斜角を52度に設定し、ホールアレイマスクパターンの作製前に、異なる倍率でSEM画像を取得します。パターニングタブでパターニング領域を選択し、クロム層に50 nanometerのホールアレイを作製します。完了後、電子ビームおよびイオンビームシステムをオフにし、冷却してください。ベントボタンを押して、チャンバー内を窒素ガスでパージします。次に、ホルダーをチャンバーから取り出します。続いて、パターン形成済みの基板を1:10に希釈した緩衝酸化膜エッチング液に5分間浸漬させます。パターン形成済みの基板を脱イオン水に入れ、緩衝酸化物エッチング液を洗浄します。次に、圧縮窒素ガスを用いて試料を乾燥させます。パターン形成済みの基板をクロムエッチング液に入れ、クロムマスク層を除去します。最後に、パターン形成した基板を脱イオン水に5分間浸して洗浄します。電子ビーム蒸着装置のベントボタンを押し、ベントが完了するまで待ちます。その後、ベントが完了した高真空電子ビーム蒸着装置にパターン形成した基板をロードします。チャンバーのドアを閉め、ポンプボタンを押してチャンバー内を排気します。成長速度 1 Å/s で銀層を堆積させ、厚さ 15 nm の銀層を形成します。銀層の堆積後、基板を5分間冷却します。別のるつぼを選択して電子ビーム蒸着システムのポケットを交換し、成長速度 1 Å/s で酸化チタン層を蒸着させます。次に、厚さ 15 nm の酸化チタン層を蒸着させます。酸化チタン層の蒸着後、基板を 5 分間冷却します。銀と酸化チタンの多層膜を形成するため、蒸着ステップを数十サイクル繰り返します。電子ビーム蒸着装置のポケットを交換し、厚さ 50 nanometers のクロム層を蒸着します。クロム層の蒸着後、電子ビーム蒸着装置の電源を切ります。ベントボタンを押し、窒素ガスを導入してチャンバー内をベントします。ベント後、チャンバーのドアを開け、マウントホルダーをチャンバーから取り出します。作製したハイパーレンズデバイスを剥がします。次に、チャンバーのドアを閉め、ポンプボタンを押してチャンバー内を排気します。クロムを蒸着させたハイパーレンズをFIBミリングシステムに装着し、製造元の指示に従ってナノサイズの構造をパターニングします。続いて、光学定盤上に従来の透過型光学顕微鏡を設置します。アダプターを使用して、白色光源を顕微鏡の照明光路に接続します。中心波長410 nanometersの光学バンドパスフィルターを設置します。高倍率の油浸対物レンズを選択し、高品質なCCDカメラを用いて画像を撮影します。対物レンズに没浸油を1滴滴下します。最後に、サンプルステージにハイパーレンズを設置し、画像をキャプチャします。ここでは、銀と酸化チタンの多層膜を交互に堆積させて構成されたハイパーレンズを示しています。断面画像から、銀と酸化チタンの多層薄膜が半球状石英基板上に均一な厚さで堆積していることがわかります。銀と酸化チタンで構成されるハイパーレンズは、ここに示すように積層多層膜の分散関係が双曲関数的な分散曲線を持つため、波長410 nanometersにおいて優れた性能を発揮します。高い空間波波数成分がハイパーレンズの径方向に沿って伝播することが可能です。有限要素シミュレーションで計算された通り、従来の光学系では捉えることができない高周波成分を持つ微細な特徴は、ハイパーレンズを介して遠視野まで伝播させることができます。作製後、このシンプルなハイパーレンズイメージングシステムの概略図に示すように、ハイパーレンズを従来の顕微鏡システムに組み込むことが可能です。ハイパーレンズは対物レンズの上に配置します。ハイパーレンズの実証のため、ハイパーレンズの内面に人工パターンを刻印します。結果には、ハイパーレンズを通して撮影された画像を示します。なお、いずれの場合もギャップサイズは160 nanometersから180 nanometersです。回折限界以下の微細構造が分解され、ハイパーレンズの超解像力が確認されました。ハイパーレンズの開発により、ナノサイズの生体分子機構や無機ナノ粒子を探索するための超解像イメージング技術への道が開かれました。このビデオを視聴することで、高品質なハイパーレンズの作製方法と、独自の超解像イメージングシステムのセットアップ方法について深く理解することができます。拡張可能で再現性のある作製法を採用することで、ハイパーレンズ技術の実用性が向上すると期待されます。ハイパーレンズにより、科学者はナノスケールで起こる生物物理学的なダイナミクスをリアルタイムで観察することが可能となり、生物学、医学、材料科学、ナノテクノロジーなどの多様なアプリケーションにおいて、次世代の超解像イメージングとして機能することになります。

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ハイパーレンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ

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