Name: Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-08T11:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: 배우세요 구형 하이퍼렌즈 제작 및 실시간 초해상도 영상화 기법을 통한 살아있는 세포와 나노입자 관찰 방법을. 기존 현미경과 쉽게 통합되어 생물학 및 나노기술 연구에 활용됩니다.

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이 작품은 영 조사 프로그램 (NRF-2015R1C1A1A02036464), 공학 연구 센터 프로그램 (NRF-2015R1A5A1037668) 및 글로벌 프론티어 프로그램 (CAMM-2014M3A6B3063708)에 의해 재정적으로 지원, M.K., S.S., I.K. 인정 글로벌 박사 과학기술부, 정보 통신 및 미래 계획 (MSIP) 한국 정부에 의해 자금 한국 국립 연구 재단 (NRF) 부여를 통해 장학 (NRF-2017H1A2A1043204, NRF-2017H1A2A1043322, NRF-2016H1A2A1906519).

1. 기판 준비 <ol><li>얻기 매우 정제 된 석 영 웨이퍼. 보고는 제조에 대 한 여기, 500 µ m 두께 웨이퍼를 사용.</li>
	<li>스핀 코트 2000 rpm 및 빵 60에 대 한 긍정적인 감광 제와 석 영 웨이퍼 s 90 ° c. 
	참고: 긍정적인 감광 레이어 후속 가공 단계에서 손상을 방지 하기 위해 코팅입니다.</li>
	<li>Dicing 기계를 사용 하 여 크기가 작은 조각 20 x 20 m m 2으로 포토 레지스트와 웨이퍼 절단.</li>
	<li>가공 단계에서 발생 하는 미 립 자 제거 압축된 질소 총을 사용 하 여 불어.</li>
	<li>드 이온된 (DI) 수 45에서 5 분 동안에 초음파 목욕에 배치 ° C. 제거 45에서 5 분 동안 아세톤에는 초음파 목욕을 사용 하 여 감광 레이어 ° C. 청소 2 개의 초음파 목욕, 아세톤과 이소프로필 알코올, 각각에서 5 분을 사용 하 여 기판 45 ° c.</li>
	<li>압축된 질소 총 기판 건조.</li>
</ol> 2. 마스크 패턴을 에칭 <ol><li>부하는 깨끗 한 석 영 기판에 높은 진공 전자 빔 증발 시스템. 기판 회전을 사용할 수 있는지 확인 하십시오.</li>
	<li>예금 2의 증 착 속도와 크롬 레이어 Å/s의 
	참고: 레이어 적어도 100 nm 두께 에칭 마스크 증 착에서 만든 핀 홀 방지를 위해 입금 해야 합니다.</li>
	<li>버튼을 눌러 환기를 챔버 환기 및 집중 된 이온 빔 (FIB) 소유자 구리 테이프 실시를 사용 하 여 샘플을 탑재.</li>
	<li>거짓말 챔버로 거짓말 홀더 로드.</li>
	<li>챔버 문 닫고 철수 챔버를 펌프 단추를 누릅니다.</li>
	<li>선택 &#34;에 빔 &#34; 빔 제어 탭 및 설정에서 이온 빔 전류 (7.7 pA) 및 가속 전압 (30 kV) 거짓말 모드.</li>
	<li>이온 빔 시스템을 켭니다.</li>
	<li>선택 &#34;에 빔 &#34; 전자 빔에 설정 하 고 소프트웨어를 사용 하 여 낮은 확대와 함께 이미지를 초점 빔 제어 탭.</li>
	<li>4mm 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 모드에서 탐색 탭 작동 거리 (WD) 설정.</li>
	<li>52 ° 소유자의 기울기 각도 설정 하 고 구멍 배열 마스크 패턴 제작 전에 다른 확대 SEM 이미지를.</li>
	<li>패턴 탭을 모방 하는 지역을 선택 하 고 50 nm 구멍 배열 크롬 레이어에. 
	참고: 간단한 패턴 도구 패턴 탭에서 액세스할 수 있습니다. 더 복잡 한 형상 및 노출 컨트롤 비트맵을 가져오거나 생성 하는 스크립트에 의해 달성 될 수 있다.</li>
	<li>마친 후, 전자 빔, 이온 빔 시스템을 해제 하 고 시스템을 진정.</li>
	<li>환기 버튼 누르고 질소 가스 챔버를 환기. 챔버는 홀더를 꺼내.</li>
	<li>챔버 문 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 철수.</li>
</ol> 3. 습식 에칭 프로세스 및 제거 마스크 레이어의 <ol><li>넣어 1시 10분으로 패턴화 된 기판 버퍼링 5 분에 대 한 산화 현상 
	참고: 석 영 선택적으로 그리고 isotropically 습식 에칭은 현상에 의해 이며 둥근 모양을 형성 합니다. 렌즈의 모양 에칭 마스크 얻어질 수 있다 그리고 직경은 정확 하 게 에칭 시간에 의해 제어 됩니다. 더 둥근 모양 작은 패턴 직경으로 형성 될 수 있습니다. 1.5 µ m 직경 반구는 5 분 안에 얻어질 수 있다</li>
	<li>버퍼링 된 산화 현상 (5 분, 두 번)을 청소 디 물에 넣어 패턴화 된 기판. 
	참고: 버퍼링 된 산화 현상 위험할 수 있습니다,이 현상을 사용 하 여 때 조심 해야.</li>
	<li>건조 압축된 질소 가스 샘플.</li>
	<li>크롬 마스크 레이어를 제거 하는 CR-7 크롬 현상으로 패턴화 된 기판 넣어. 
	참고: 크롬 층을 제거한 후 구형 패턴화 된 기판 1.5 µ m 직경에서 얻어질 수 있다.</li>
	<li>패턴화 된 기판 (5 분) 청소 디 물에 넣어.</li>
</ol> 4. 멀티 레이어 증 착 및 나노 크기의 개체 비문 참고: 레이어의 쌍 구형 석 영 기판에 입금 됩니다. 여기, Ag와 티 오 2 착 자료로 사용 됩니다. Ag와 티 오 2는 15의 두께 또는 입금 nm.
<ol><li>전자 빔 증발 시스템의 환기 버튼 누르고 환기 이상 될 때까지 기다립니다.</li>
	<li>환기 후 높은 진공 전자 빔 증발 시스템으로 패턴화 된 기판 로드.</li>
	<li>챔버 문 닫고 펌프 버튼을 누르면 10 -7 Torr의 진공도를 챔버 철수. 
	참고: 진공 상태에서 10 -7 Torr 표면 거칠기에서 산란을 줄이기 위해 보관 해야 합니다.</li>
	<li>Ag 레이어 1의 성장 율을 가진 예금 Å / s 및 보증금 15 nm 두꺼운 Ag 레이어.</li>
	<li>5 분에 대 한 기판 진정 Ag 층의 증 착 후</li>
	<li>다른 도가니를 선택 하 여 전자 빔 증발 시스템의 주머니를 변경 하 고 예금 성장률 1 Å/s의 예금의 티 오 2 레이어 15 nm 두꺼운 티 오 2 층. 
	참고: 증 착 하는 동안 영화 성장 율은 유지 표면 거칠기 균일성을 유지 하기 위해 낮은.</li>
	<li>티 오 2 층의 증 착 후 5 분에 대 한 기판 진정</li>
	<li>반복 단계 4.4 4.7 Ag와 티 오 2의 다층 입금 하는 사이클의 수만. 
	참고:이 시점에서, hyperlens 제조가 끝났습니다. 다음 단계는 hyperlens 이미징 능력을 테스트 하기 위한 임의의 하위 diffraction 제한 기능을 만들기 위한 것입니다. 나노미터 크기의 금속 및 슬릿 새겨 거짓말 밀링 여.</li>
	<li>전자 빔 증발 시스템의 주머니를 변경 하 고 50의 두께에 크롬 레이어를 입금 nm.</li>
	<li>Cr 층의 증 착 후 전자 빔 증발 시스템 해제. 환기 버튼을 누르고 질소 가스를 도입 하 여 챔버 환기.</li>
	<li>는 환기 후 챔버 문 열고 챔버 마운트 홀더를 꺼내. 조작된 hyperlens 장치 스트립.</li>
	<li>챔버 문 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 철수.</li>
	<li>밀링 시스템 거짓말에 크롬 입금 hyperlens를 탑재 하 고 패턴 제조 업체 당 나노 크기의 구조, &#39; s 지침.</li>
</ol> 5. 설정을 이미징 시스템 및 이미징 절차 광학 테이블에 <ol><li>장소는 기존의 전송 형 광학 현미경. 
	참고: 여기, 거꾸로 광학 현미경 본체로 사용 되었다.</li>
	<li>어댑터를 사용 하 여 현미경 조명 경로에 백색 광원을 연결.</li>
	<li>장소 가운데 410에 광 대역 통과 필터 nm. 
	참고: 대역 통과 필터; 빛의 특정 파장을 선택적으로 침투 여기, 410 nm 빛 샘플에 조명입니다. Ag와 티 오 2의 구성 된 hyperlens 410 nm 파장에서 고성능을 있다. 시뮬레이션 결과 ( 그림 2c) 410 nm 빛에서 하이퍼볼릭 분산 관계식을 만족 하는 hyperlens의 성능을 보여준다.</li>
	<li>는 고배율 기름 침수 렌즈를 선택합니다. 높은-품질 CCD 카메라는 이미지를 사용 하 여. 
	참고:이 광학 설정을 그냥 둔다 금지를dpass 410 nm 파장의 빛 밖으로 정렬 하려면 빛 조명 경로에 필터. 빛의 특정 파장 백색 광을 사용 하지 않고 샘플에 조명 될 수 있지만 일반 실험실, 광학 현미경 밝은 필드 또는 형광 이미징 통해 샘플의 관찰에 대 한 화이트 라이트 소스 있을 수 있습니다.</li>
	<li>대물 렌즈에 침수 오일 한 방울을 놓습니다. 샘플 단계 및 캡처 이미지에는 hyperlens 배치. 
	참고: 내접된 나노 크기의 개체는 hyperlens의 내부 표면에 410 nm 빛으로 조명 될 수 있습니다. Hyperlens와 나노 크기의 개체 확대 및 대물 렌즈에 의해 체포 되며 CCD 카메라에 의해 촬영.</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>
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<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>

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

세 가지 주요 단계를 포함 하는 hyperlens의 제조: 금속과 유 전체 다층 전자 빔 증발 시스템을 사용 하 여 및 새 스태킹 습식 에칭 과정을 통해 석 영 기판으로 반구형 형상을 정의 Cr 레이어에 개체입니다. 가장 중요 한 단계가입니다, 두 번째는 hyperlens의 품질에 크게 영향을 미칠 수 있기 때문. 박막 증 착 과정에서 분명 슈퍼 해결된 이미지에 대 한 특별 한 주의 필요로 하는 두 조건이 있습니다. 중요 한 문제 중 하나는 다중의 등각 비 증 착 완벽 한 구면 모양에서 편차를 리드입니다는 다층 conformally 스태킹. 경우 필름 증 착은 센터에서 필름 두께 충분히 느린 반구형 기하학의 가장자리에서 전자 빔 증발의 각도 특성상 다 하는 경향이 있다. 공간적으로 다른 필름 두께 공간 의존 확대 하 고 이미지 왜곡. 따라서, 필름 증 착 속도로 천천히 가능한 (미만 0.1 nm/s) 등각 다층 달성 되어야 합니다.
거친 표면 산란의 확률을 증가 때문에 불완전 한...

살아있는 세포에 생체를 관찰 하고자 하는 현미경 검사 법의 발명품에 지도 하 고 현미경의 출현 지난 몇 세기 동안 다양 한 분야, 생물학, 병리학, 그리고 재료 과학, 혁명 전파. 그러나, 더 발전 연구의 제한에 대해 기존의 현미경의 해상도 회절에 의해 제한 되었습니다는 파장1의 절반. 따라서, 회절 한계를 극복 하기 위해 이미징 슈퍼 해상도 최근 수십 년간에서 흥미로운 연구 영역을 되었습니다.
회절 제한 됩니다 개체에 하위 파장 정보를 포함 하는 사라져 파도의 손실에으로, 멀리 퇴색에서 사라져 파도 유지 하거나 그들을 복구2,3초기 연구 실시 되었습니다. 회절 한계를 극복 하기 위한 근처-필드 전에 방탕된2개체에 가까운 근접에서 사라져 필드 수집 광학 현미경 검사와 함께 처음으로 알려졌다. 그러나, 전체 이미지 영역을 스캔 하 고 그것을 재구성 시간이 오래 걸립니다, 그것은 실시간 영상에 적용할 수 없습니다. "superlens," 사라져 파도 증폭을 기반으로 다른 접근을 제공 하지만 실시간 이미징의 가능성, 서브 파장 근처-필드 지역에서 수만 영상과 개체4, 보다 훨씬 도달할 수 없는 5 , 6 , 7.
최근에 hyperlens 실시간 멀리 필드 광학 이미징8,9,10,,1112에 대 한 새로운 접근으로 떠오르고 있다. 높은 이방성 하이퍼볼릭 분모가13이루어집니다, hyperlens 같은 위상 속도와 높은 공간 정보 지원 되도록 평면 하이퍼볼릭 분산을 전시 한다. 또한, 운동량 보존 법칙 때문 높은 가로 wavevector 점차 압축 파도 원통형 형상을 통해 간다. 따라서이 확대 정보 멀리 필드 지역에서 기존의 현미경에 의해 감지할 수 있습니다. 이건 실시간 멀리 필드 이미징, 특정 중요성의 모든 포인트 스캔 또는 이미지 재건을 필요로 하지 않습니다. 또한, 이미징, 나노리를 포함 하 여 다른 응용 프로그램에서 hyperlens는 사용할 수 있습니다. 반대 방향에서 hyperlens를 통과 하는 빛 시간 역 분개 대칭14,,1516인 하위 회절 영역에 초점을 맞춘 것입니다.
여기, 우리는 확대 표시 주파수에서 2 차원 정보를 구형 hyperlens에 보고 합니다. 기존 원통형 형상을 달리 구형 hyperlens 이미징 실용화 촉진 두 옆 차원에서 개체를 확대 합니다. 제조 방법 및 이미징 설치는 hyperlens와 함께 높은 품질 hyperlens의 재생산에 대 한 세부 사항에 선물 된다. 하위 파장 개체의 슈퍼 해결 능력 증명을 위해 hyperlens에 새겨져 있다. 그것은 hyperlens에 의해 새겨진된 개체의 작은 기능 확대는 확인 된다. 따라서, 명확 하 게 해결된 이미지 실시간으로 멀리 필드 지역에서 얻을 수 있습니다. 이 신형 구형 hyperlens, 전통적인 현미경 검사 법, 통합의 용이성과 생물학, 병리학, 그리고 일반 nanoscience에서 새로운 시대의 새벽에 이르는 실용적인 이미징 응용 프로그램의 가능성을 제공 합니다.

<table><tbody><tr><td>집속 이온 빔 밀링 머신</td><td>FEI</td><td>Helios Nanolab G3 CX</td><td></td></tr><tr><td>전자 빔 증착 시스템</td><td>한국 진공 기술</td><td>KVE-E4000</td><td></td></tr><tr><td>주사 전자 현미경</td><td>Hitachi</td><td>SU6600</td><td></td></tr><tr><td>도립 현미경</td><td>Zeiss</td><td>Axiovert 200</td><td></td></tr><tr><td>광원</td><td>EXCELITAS Technologies</td><td>X-Cite 110 LED</td><td></td></tr><tr><td>밴드 패스 필터</td><td>Chroma</td><td>ET405/30M</td><td></td></tr><tr><td>대물 렌즈</td><td>Zeiss</td><td>Plan-Apochromat</td><td>NA=1.3, 100X</td></tr><tr><td>CCD 카메라</td><td>Andor</td><td>Zyla 4.2</td><td></td></tr><tr><td>석영 웨이퍼</td><td>CORNING</td><td>용융 실리카 코닝 7980</td><td></td></tr><tr><td>완충 산화물 에칭액</td><td>J.T Baker TM</td><td>J.T.Baker 5175</td><td></td></tr><tr><td>포토레지스트</td><td>AZ 전자 재료</td><td>: GXR-601, PR</td><td></td></tr>, <tr><td>크롬 에칭제</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>이소프로필 알코올</td>, <td>J.T, Baker, TM</td>, <td>UN1219</td><td></td></tr>, <tr><td>FEM 시뮬레이션 도구</td>, <td>COMSOL 5.1, 다중물리</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

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

기존의 현미경의 회절 한계를 극복 하기 위해 이미징 슈퍼 해상도 사용 하 여 생물학과 나노기술 연구자의 관심을 모으고 있다. 근처-필드 스캐닝 현미경 검사 법 및 superlenses 근처-필드 지역에서 해상도 향상, 실시간으로 멀리 필드 이미징 중요 한도 전에 남아 있다. 최근, 확대 하 고 사라져 파도 파도 전파 변환, hyperlens, 멀리 필드 이미징에 대 한 새로운 접근으로 떠오르고 있다. 여기, 우리는 구형 hyperlens 실버 (Ag) 그리고 티타늄 산화물 (티 오2) 얇은 레이어 구성의 제작 보고. 기존 원통형 hyperlens와는 달리 구형 hyperlens 2 차원 확대 수 있습니다. 따라서, 전통적인 현미경 검사 법으로 간단 합니다. 실시간으로 멀리 필드 지역에서 얻을 수 하위 파장 이미지에 대 한 수는 hyperlens와 통합 하는 새로운 광학 시스템은 제안 된다. 이 연구에서는 제조와 이미징 설치 방법을 자세히 설명 합니다. 이 작품 또한 접근성 및 hyperlens의 가능성 뿐만 아니라 살아있는 세포, 생물학과 나노기술 혁명으로 이어질 수 있는 실시간 이미징의 실용적인 응용 프로그램을 설명 합니다.

하위 회절 기능 해결 hyperlens 장치 수와 높은-품질 제조의 균일성에 의존 합니다. 여기는 hyperlens Ag와 티 오2 교대로 입금의 다층 구성 됩니다. 그림 2a 는 잘 만들어진된 hyperlens17의 SEM 이미지를 보여 줍니다. 횡단면 이미지 Ag와 Ti3O5 박막의 다층 반구형 석 영 기판에 균일 한 두께와 입금 됩니다 보여 줍니다. 마지막 hyperlens 구조체의 표면 거칠기는 1.5 nm 제곱 (r.m.s).
우리 티 오2 대신 사용 Ti3O5 를 유 전체로 있기 때문에 두 재료는 높은 굴절율 2 이상, 실버 스택 때 효과적인...

hyperlens 사용 하 여 실시간 영상 및 기존의 광학의 간단한 구현에 그것의 장점으로 인해 새로운 슈퍼 해상도 이미징 기술로 간주 되었다. 여기, 우리 제조 설명 및 이미징 구형 hyperlens의 응용 프로그램 프로토콜을 제시.

Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

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

본 실험 절차의 전반적인 목표는 2차원 하이퍼렌즈 장치의 제작 공정과 회절 한계 이하의 이미징 과정을 시연하는 것입니다. 이 새로운 초고해상도 이미징 기술은 기존 광학 기술과 비교하여 실시간 이미징이 가능하고 구현이 간단하다는 장점이 있습니다. 이 방법은 회절 한계 이하의 살아있는 세포 및 동적인 나노입자 이미징과 같이 초고해상도 이미징 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.하이퍼렌즈(hyperlens)는 평탄한 쌍곡선 분산 특성을 가진 다층 구조의 특수 구형 렌즈로, 고주파 정보의 배율 확대와 원거리 장(far field)에서 유사 광학계의 분해능을 실시간으로 구현할 수 있게 합니다. 구형 하이퍼렌즈의 주요 장점은 가시광선 주파수에서 2차원 정보를 확대할 수 있다는 점입니다. 또한 구형 하이퍼렌즈는 추가적인 복잡한 시스템 없이도 기존의 현미경에 쉽게 통합될 수 있습니다.해당 절차의 시연은 저희 실험실의 대학원생인 이다솔 님과 김인기 님이 진행하겠습니다. 먼저, 쿼츠 웨이퍼에 포지티브 감광제를 2,000 rpm으로 스핀 코팅한 후 90 °C에서 60초 동안 베이킹합니다. 그 다음, 다이싱 머신을 사용하여 감광제가 도포된 웨이퍼를 20 by 20 square millimeters 크기의 작은 조각으로 절단합니다.압축 질소 건을 사용하여 조각들을 불어내어 절단 단계에서 발생한 미립자를 제거합니다. 다음으로, 절단된 웨이퍼를 45 °C의 탈이온수 초음파 세척기에 5분 동안 넣습니다. 45 °C의 아세톤 초음파 세척기를 사용하여 5분 동안 포토레지스트 층을 제거합니다.그다음, 기판을 45 °C의 이소프로필 알코올 초음파 세척기에 5분 동안 넣어 세척합니다. 압축 질소 건으로 기판을 건조합니다. 마스크 패턴을 식각하기 위해, 먼저 세척된 쿼츠 기판을 고진공 전자빔 증착 시스템에 로드합니다.초당 2 Å의 증착 속도로 크롬 층을 증착합니다. 벤트 버튼을 눌러 챔버를 벤트합니다. 전도성 구리 테이프를 사용하여 집중 이온 빔(Focused Ion Beam) 또는 FIB 홀더에 샘플을 장착합니다.그 다음, FIB 홀더를 FIB 챔버에 장착합니다. 챔버 도어를 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 내부를 진공 상태로 만듭니다. 빔 제어 탭에서 Beam On을 선택하고, FIB 모드에 맞는 이온 빔 전류와 가속 전압을 설정합니다.이온 빔 시스템을 켭니다. 빔 제어 탭에서 Beam On을 선택하여 전자 빔을 켜고, 소프트웨어를 사용하여 저배율로 이미지를 초점을 맞춥니다. 그런 다음, 주사 전자 현미경 모드의 내비게이션 탭에서 작업 거리를 4 mm로 설정합니다.홀더의 기울기 각도를 52도로 설정하고, 홀 어레이 마스크 패턴 제작 전에 다양한 배율로 SEM 이미지를 촬영합니다. 패턴 생성(patterning) 탭에서 패턴 영역을 선택하고 크롬 층에 50 nanometer 홀 어레이를 생성합니다. 완료 후, 전자빔 및 이온빔 시스템을 끄고 냉각시킵니다.질소 가스로 챔버를 배기하려면 벤트 버튼을 누르십시오. 그런 다음, 챔버에서 홀더를 꺼냅니다. 다음으로, 패턴화된 기판을 1:10 완충 산화물 식각액(buffered oxide etchant)에 5분 동안 담급니다.패턴 처리된 기판을 탈이온수에 넣어 완충 산화물 식각액(buffered oxide etchant)을 세척하십시오. 그 후, 압축 질소 가스로 시료를 건조하십시오. 패턴 처리된 기판을 크롬 식각액에 넣어 크롬 마스크 층을 제거하십시오.마지막으로, 패턴이 형성된 기판을 탈이온수에 5분 동안 담가 세척합니다. 전자빔 증착 시스템의 벤팅(vent) 버튼을 누르고 벤팅이 완료될 때까지 기다립니다. 그 후, 벤팅이 완료되면 패턴이 형성된 기판을 고진공 전자빔 증착 시스템에 로드합니다.챔버 문을 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 내부를 진공 상태로 만듭니다. 초당 1 angstrom의 성장 속도로 은 층을 증착하여 15 nanometer 두께의 은 층을 형성합니다. 은 층 증착 후, 기판을 5분 동안 냉각시킵니다.다른 도가니를 선택하여 전자빔 증착 시스템의 포켓을 교체하고, 초당 1 Å의 성장 속도로 이산화티타늄 층을 증착하십시오. 그런 다음, 15 nm 두께의 이산화티타늄 층을 증착하십시오. 이산화티타늄 층의 증착이 완료되면, 기판을 5분 동안 냉각시키십시오.은과 산화티타늄의 다층막을 증착하기 위해 증착 단계를 수십 회 반복합니다. 전자빔 증착 시스템의 포켓을 교체하고 50 nanometers 두께로 크롬 층을 증착합니다. 크롬 층 증착이 완료되면 전자빔 증착 시스템의 전원을 끕니다.벤트 버튼을 누르고 질소 가스를 주입하여 챔버를 벤트합니다. 벤트 후, 챔버 도어를 열고 챔버에서 마운트 홀더를 꺼냅니다. 제작된 하이퍼렌즈 소자를 떼어냅니다.그런 다음, 챔버 도어를 닫고 펌프 버튼을 눌러 챔버 내부를 진공 상태로 만듭니다. 크롬이 증착된 하이퍼렌즈를 FIB 밀링 시스템에 장착하고 제조사의 지침에 따라 나노 크기의 구조물을 패턴합니다. 다음으로, 일반적인 투과형 광학 현미경을 광학 테이블 위에 배치합니다.어댑터를 사용하여 백색광원을 현미경 조명 경로에 연결합니다. 410 nm 중심의 광학 밴드패스 필터를 장착합니다. 고배율 오일 침강 대물렌즈를 선택하고 고성능 CCD 카메라를 사용하여 이미지를 획득합니다.대물렌즈에 이머전 오일을 한 방울 떨어뜨립니다. 마지막으로, 시료대에 하이퍼렌즈를 배치하고 이미지를 캡처합니다. 여기 제시된 하이퍼렌즈는 은과 산화티타늄 다층막을 교대로 증착하여 제작되었습니다.단면 이미지를 통해 은과 산화 티타늄 박막의 다층 구조가 반구형 석영 기판 위에 균일한 두께로 증착되었음을 알 수 있습니다. 은과 산화 티타늄으로 구성된 하이퍼렌즈는 적층된 다층 구조의 분산 관계가 여기에 표시된 것과 같이 쌍곡선 분산 곡선을 가지므로 410 nm 파장에서 매우 우수한 성능을 보입니다. 높은 공간 파수 성분들이 하이퍼렌즈의 반경 방향을 따라 전파될 수 있습니다.유한 요소 시뮬레이션으로 계산된 바와 같이, 기존의 광학 장치로는 포착할 수 없는 고주파 성분을 가진 미세 구조는 하이퍼렌즈를 통해 원거리 장(far field)까지 전파될 수 있습니다. 제작 후 하이퍼렌즈는 이 하이퍼렌즈 이미징 시스템의 간단한 모식도에 나타난 것처럼 기존 현미경 시스템에 통합될 수 있습니다. 하이퍼렌즈는 대물렌즈 위에 배치됩니다.하이퍼렌즈의 성능을 입증하기 위해, 하이퍼렌즈의 내면에 인공 패턴을 새겼습니다. 결과는 하이퍼렌즈를 통해 촬영된 이미지를 보여줍니다. 각 경우의 간격 크기는 160 nanometers에서 180 nanometers 사이입니다.회절 한계 이하의 특징들이 분해되어 하이퍼렌즈의 초고해상도 능력이 확인되었습니다. 하이퍼렌즈의 개발은 나노 크기의 생체 분자 기계와 무기 나노입자를 탐구하기 위한 초고해상도 이미징 기술의 길을 열었습니다. 이 영상을 시청한 후, 고품질의 하이퍼렌즈를 제작하고 독자적인 초고해상도 이미징 시스템을 구축하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.우리는 확장 가능하고 재현 가능한 제작 방법을 채택함으로써 하이퍼렌즈 기술의 실용성이 향상될 것으로 기대합니다. 하이퍼렌즈를 통해 과학자들은 나노 규모에서 발생하는 생물물리학적 역동성을 실시간으로 관찰할 수 있으며, 이는 생물학, 의학, 재료 과학 및 나노기술과 같은 다양한 응용 분야에서 차세대 초고해상도 이미징 기술로 활용될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

Lensfree 광학 tomography은 &lt;1 μm의의 공간적 해상도를 제공하는 입체 현미경 기법이다 × &lt;1 μm의 × 15~1백밀리미터의 큰 이미지 볼륨여 각각 X, Y 및 Z 크기에서 &lt;3...

멀티 앵글 조명 및 픽셀 슈퍼 해상도를 채용 Lensfree 온칩 단층 현미경

우리는 형광 광 활성화 국소화 현미경(FPALM)을 사용하여 세포 내에서 여러 유형의 형광 표지 분자를 동시에 이미지화하는 방법을 보여줍니다. 설명된 기술은 단일 세포 내에서 수십 나노미터의 정밀도로 수천 개에서 수십만 개의 개별 형광 표지 단백질의 국소화를 산출합니다.

Simultaneous Multicolor Imaging of Biological Structures with Fluorescence Photoactivation Localization Microscopy(형광 광활성화 국소화 현미경을 사용한 생물학적 구조의 동시 다색 이미징)

광 회절 한계를 극복하기위한 방법이 제시된다. 광학 반복 Gerchberg - 스턴 알고리즘을 이용하여 위상 검색 및 첫 번째 단계의 반복 하였다 이미징 시스템 변속 : 상기 방법은 두 단계를 포함한다. 합성 증가 렌즈 구경보다 높은 이미징 해상도를 수득 이동 방향을 따라 발생한다.

이동 플랫폼에서 이미징 시간 다중화 슈퍼 해결 기법

우리는 photoactivated 현지화 현미경 (PALM) 기반의 고정, 배양 신경 세포에있는 소포의 연구를 구현하는 방법에 대해 설명합니다. 우리 프로토콜의 주요 구성 요소는 초 해상 현미경 시스템 띄엄 샘플링 된 원시 영상을 수집하고, 수퍼 - 해상도 이미지를 생성하는 것의 이미지를 처리​​ photoconvertible 키메라와 라벨링 소포를 포함한다.

신경 밀도 코어 소체의 수퍼 - 해상도 이미징

살아있는 세포 내부의 동적 단백질에 대한 시공간 정보는 생물학을 이해하는 데 매우 중요합니다. f3D-SIM(fast 3D-structured illumination microscopy)이라고 하는 초고해상도 현미경 검사의 한 유형은 박테리아의 사이토키네틱 Z 고리에 대한 고유한 정보, 즉 구슬 모양의 모양과 고리 내 FtsZ의 빠른 역학을 모두 보여줍니다.

고속 3D 구조 조명 현미경을 사용하여 라이브 박테리아의 Cytokinetic Z 반지의 슈퍼 해상도 이미징 (F3D-SIM)

여기에 우리가 현재 기존의 피 형광 이미징, 단일 분자 검출 기반 슈퍼 해상도 이미징, 및 다중 색상 단일 분자 검출 병합, 통합된 현미경 시스템 구축의 실용적인 가이드 포함 단일 분자 형광 공명 에너지 비용 효율적인 방법으로 하나의 설정으로 이미지를 전송 합니다.

실시 한 형광 현미경으로 여러 영상 모드

칩 기반 의 초고해상도 광학 현미경 검사법은 형광 현미경 검사법에 대한 새로운 접근법이며 비용 효율성과 처리량에 이점을 제공합니다. 여기에서, 칩 준비 및 화상 진찰을 위한 프로토콜은 TIRF 현미경 검사법 및 현지화 기지를 둔 초고해상도 현미경 검사법을 위해 도시됩니다.

포토닉 칩을 사용한 고처리량 총 내부 반사 형광 및 직접 적층 광학 재건 현미경

여기에 제출된 것은 손상되지 않은 조직에서 초해상도 라이브 세포 이미징을 위한 프로토콜입니다. 우리는 그것의 네이티브 조직 환경에 있는 높게 민감한 성인 줄기 세포 인구를 화상 진찰을 위한 조건을 표준화했습니다. 이 기술은 살아있는 조직에서 생물학적 현상의 직접적인 관찰을 허용하는 시간적 및 공간 해상도의 균형을 포함한다.

세포 전 형 구조의 슈퍼 해상도 라이브 세포 이미징

기저막은 발달 동안 조직 및 장기 형태 형성에 필수적입니다. 이 구조의 적절한 배치로 이어지는 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 제시된 프로토콜은 공초점 및 초분해능 현미경을 사용하여 상피 세포에서 기저막 단백질의 세포 내 밀매 및 분비를 시각화하고 특성화하는 방법을 설명합니다.

초 파리 Oogenesis 동안 양극화 된 세포 내 밀매 및 기저막 단백질의 분비의 공초점 및 수퍼 해상도 이미징

이 프로토콜은 고해상도 셀룰러 및 아셀룰러 이미징을 위한 다중화 배열 검출기와 통합된 레이저 스캐닝 공초점 현미경 시스템의 첨단 영상 응용과 공유 자원 관리를 상세히 설명합니다. 이 워크플로우는 단일 플랫폼 내에서 공초점에서 초해상도(~120 nm)까지 다중 모달 이미징을 가능하게 하여 나노스케일 시각화를 더욱 쉽게 접근할 수 있게 합니다.

초해상도 영상 및 공유 관리: 다중화 검출이 포함된 공초점 현미경 프로토콜

배우세요 구형 하이퍼렌즈 제작 및 실시간 초해상도 영상화 기법을 통한 살아있는 세포와 나노입자 관찰 방법을. 기존 현미경과 쉽게 통합되어 생물학 및 나노기술 연구에 활용됩니다.

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