Name: Demonstratie van een Hyperlens-geïntegreerd Microscoop en super resolutie beeldvorming (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-08T11:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: Leer de fabricage en subdiffractiebeeldvorming met een hyperlens voor superresolutiemicroscopie. Deze methode integreert eenvoudig met conventionele optica en maakt real-time beeldvorming van levende cellen en nanodeeltjes mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk wordt financieel ondersteund door de jonge onderzoeker programma (NRF-2015R1C1A1A02036464), Engineering Research Center programma's (NRF-2015R1A5A1037668) en Global Frontier (CAMM-2014M3A6B3063708), M.K., S.S., i. k. erkennen de globale Ph.D. Beurzen (NRF-2017H1A2A1043204, NRF-2017H1A2A1043322, NRF-2016H1A2A1906519) door middel van de subsidie van de National Research Foundation van Korea (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT en toekomst Planning (MSIP) van de Koreaanse overheid.

1. substraat voorbereiding <ol><li>verkrijgen zeer verfijnd kwarts wafer. Voor de fabrikatie gemeld hier, gebruik een zegel met een dikte van 500 µm.</li>
	<li>Spin-jas het kwarts wafer met een positieve fotoresist op 2.000 rpm en bak gedurende 60 s op 90 ° C. 
	Opmerking: De positieve fotoresist laag is gecoat om schade te voorkomen tijdens de daaropvolgende snijden stap.</li>
	<li>Gebruik van een dicing machine te snijden de wafer met fotoresist in kleine stukjes 20 x 20 mm 2 in grootte.</li>
	<li>Blazen met behulp van een gecomprimeerde stikstof-pistool voor het verwijderen van deeltjes als gevolg van het snijden stap.</li>
	<li>Plaatst u deze in het ultrasoonbad in de geïoniseerde (DI) water gedurende 5 minuten op 45 ° C. verwijderen de fotoresist laag met behulp van een ultrasoon bad in aceton voor 5 min op 45 ° C. schoon het substraat met behulp van twee Ultrasoon Baden, aceton, en isopropylalcohol, elk voor 5 min op 45 ° C.</li>
	<li>Droog het substraat met een pistool samengeperste stikstof.</li>
</ol> 2. Etsen van het masker patroon <ol><li>lading de schone kwarts substraten in een hoog-vacuüm-electron beam verdamping systeem. Zorg ervoor dat het substraat rotatie is ingeschakeld.</li>
	<li>Storten de laag chroom met een tarief van de depositie van 2 Å/s. 
	Opmerking: Een laag minimaal 100 nm-dik moet worden neergelegd voor het etsen masker om te voorkomen dat gaatjes gemaakt van depositie.</li>
	<li>Druk op de knop vent vent van de zaal en monteren van een monster op de gerichte ion beam (FIB) houder met behulp van uitvoeren van koperen tape.</li>
	<li>Laden de FIB houder in de bedwelmingsruimte FIB.</li>
	<li>Sluit de deur van de kamer en druk op de pompknop te evacueren van de zaal.</li>
	<li>Selecteer &#34; balk op &#34; onder de lichtbundel controle tabblad en de ion beam stroom (7.7 pA)- en versnelling (30 kV) voor FIB modus.</li>
	<li>Hiermee zet u de ion beam system.</li>
	<li>Selecteer &#34; balk op &#34; onder het tabblad beam control inschakelen van de elektronenbundel en richten het beeld met lage vergroting softwarematig.</li>
	<li>De werkende afstand (WD) vastgesteldop 4 mm onder het tabblad navigatie in scannende elektronen microscoop (SEM) modus.</li>
	<li>De tilt hoek van de houder op 52° ingesteld en nemen de SEM-beelden op verschillende vergrotingen voordat gat matrix masker patroon fabricage.</li>
	<li>Kies de patronen regio onder het tabblad patronen en maak een 50 nm gat array op de laag chroom. 
	Opmerking: Er zijn eenvoudige patronen hulpmiddelen toegankelijk onder het tabblad patronen. Meer complexe geometrie en blootstelling controle kan worden bereikt door bitmaps importeren of het genereren van scripts.</li>
	<li>Na het beëindigen, uitschakelen van de elektronenbundel en ion beam systemen en het systeem afkoelen.</li>
	<li>Druk op de knop vent en luchten van de kamer met stikstofgas. Neem de houder uit de zaal.</li>
	<li>Sluit de deur van de kamer en het evacueren van de kamer door te drukken op de pompknop.</li>
</ol> 3. Nat-etsen proces en verwijdering van de maskeerlaag <ol><li>Put het patroon substraat in 1:10 gebufferd oxide etchant voor 5 min. 
	Opmerking: Het kwarts is selectief en isotropically natte-geëtst door het etchant en vormt een bolvorm. De vorm van de lens kan worden verkregen met de etsen-masker, en de diameter juist wordt beheerd door de etsen-tijd. Een beter sferische vorm kan worden gevormd met een kleinere diameter van de patroon. Een diameter van 1,5 µm halfrond kan worden verkregen binnen 5 min.</li>
	<li>Het patroon substraat gestoken in DI water te reinigen de gebufferde oxide etchant (5 min, twee keer). 
	Opmerking: Gebufferde oxide etchant kan gevaarlijk zijn, dus wees voorzichtig bij het gebruik van deze etchant.</li>
	<li>Droog het monster met gecomprimeerde stikstofgas.</li>
	<li>Het patroon substraat gestoken in CR-7 chroom etchant te verwijderen van de maskeerlaag chroom. 
	Opmerking: Na het verwijderen van de laag van chroom, een bolvormige gedessineerde substraat 1,5 µm in diameter kan worden verkregen.</li>
	<li>Het patroon substraat gebracht DI water om het schoon (5 min).</li>
</ol> 4. Gelaagde afzetting en Nano-sized Object inscriptie Opmerking: een paar lagen worden gestort op het substraat sferische kwarts. Hier, worden Ag en TiO 2 gebruikt als de depositie materialen. AG en TiO 2 afwisselend worden gedeponeerd bij een dikte van 15 nm.
<ol><li>Druk op de knop van de opening van de electron beam verdamping systeem en wacht tot de vent is.</li>
	<li>Het patroon substraat in een hoog-vacuüm electron beam verdamping systeem laden na de vent.</li>
	<li>Sluit de deur van de kamer en evacueren van de kamer tot een vacuüm mate van 10 -7 Torr door op de pompknop. 
	Opmerking: De vacuüm voorwaarde moet worden bewaard bij 10 -7 Torr te verminderen de verstrooiing van de oppervlakteruwheid.</li>
	<li>Storten de Ag-laag met een groeitempo op jaarbasis van 1 Å / s en storting een 15 nm-dikke Ag laag.</li>
	<li>Na de afzetting van de Ag-laag, het substraat gedurende 5 minuten afkoelen</li>
	<li>De zak van de electron beam verdamping systeem veranderen door te kiezen voor een andere Kroes en storten de TiO 2 laag met een groeitempo op jaarbasis van 1 Å/s. storting een 15 nm-dikke TiO 2 laag. 
	Opmerking: Tijdens de afzetting, de film groeipercentage is laag gehouden om de uniformiteit van de oppervlakteruwheid.</li>
	<li>Na de afzetting van de TiO 2 laag, het substraat gedurende 5 minuten afkoelen</li>
	<li>Herhaal stappen 4.4-4.7 voor tientallen cycli te deponeren een multilayer van Ag en TiO 2. 
	Opmerking: op dit punt, de fabricage van hyperlens is voorbij. De volgende stap is voor het maken van een willekeurige functie van de sub-diffraction-beperkt voor het testen van de hyperlens imaging mogelijkheid. Nanometer-sized openingen en spleten zijn ingeschreven door FIB frezen.</li>
	<li>Wijzigen van de zak van de electron beam verdamping systeem en de chroom laag storten bij een dikte van 50 nm.</li>
	<li>Na de afzetting van een Cr-laag, de electron beam verdamping systeem uitschakelen. Druk op de knop vent en luchten van de kamer door de invoering van stikstofgas.</li>
	<li>Na de vent, open de deur van de kamer en de mount houder uit de zaal. Strippen af het apparaat gefabriceerde hyperlens.</li>
	<li>Sluit de deur van de kamer en het evacueren van de kamer door te drukken op de pompknop.</li>
	<li>Mount de hyperlens gestort de FIB frezen systeem met chroom en patroon van een nano-sized structuur, per de fabrikant &#39; s instructies.</li>
</ol> 5. Setting Up the Imaging systeem en Imaging Procedure <ol><li>plaats een conventionele overdracht-type optische Microscoop op optische tafel. 
	Opmerking: Hier, een omgekeerde optische Microscoop werd gebruikt als de hoofdmacht.</li>
	<li>Een witte-lichtbron verbinden met de Microscoop verlichting pad met behulp van een adapter.</li>
	<li>Plaats een optische bandfilter filter gecentreerd op 410 nm. 
	Opmerking: Het bandfilter filter selectief doordringt de specifieke golflengte van het licht; 410 nm licht brandt hier, op het monster. Een hyperlens bestaande uit Ag en TiO 2 heeft hoge prestaties bij een 410 nm golflengte. Het resultaat van de simulatie ( Figuur 2 c) toont de prestaties van de hyperlens, die voldoet aan de relatie van de hyperbolische dispersie op licht van 410 nm.</li>
	<li>Selecteer een high-vergroting olie-immersie objectief. Gebruik van een CCD-camera met hoge kwaliteit te verkrijgen van de beelden. 
	Opmerking: Deze optische instelling zet enkel het verboddpass filteren in het pad van de lichte verlichting uitzoeken van het licht voor golflengte van 410 nm. Een specifieke golflengte van licht kan worden verlicht op het monster zonder gebruik te maken van wit licht, maar in een normale laboratorium, optische microscopen kunnen hebben een wit-licht bron voor de waarneming van monsters door heldere-veld of fluorescentie imaging.</li>
	<li>Breng een druppel van immersie-olie op het objectief. Plaats een hyperlens op de voorbeeldafbeeldingen fase en vangen. 
	Opmerking: De ingeschreven nano-sized objecten aan de binnenzijde van de hyperlens kunnen worden verlicht met licht van 410 nm. Met de hyperlens, de nano-sized objecten zal worden vergroot en worden gevangen genomen door het objectief en beeld door CCD camera.</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>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

De fabricage van een hyperlens omvat drie belangrijke stappen: definiëren hemisferische geometrie in het substraat kwarts via een proces van natte-etsen, stapelen de metaal- en diëlektrische multilayer beschilderen met behulp van een electron beam verdamping systeem, en de object op de Cr-laag. De belangrijkste stap is de tweede, omdat het aanzienlijk de kwaliteit van de hyperlens beïnvloeden kan. In het proces van dunne-film depositie zijn er twee voorwaarden waarvoor speciale zorg voor een duidelijk beeld van de Super ...

Een verlangen naar het observeren van biomoleculen in levende cellen leidde tot de uitvinding van microscopie, en de komst van microscopie doorgegeven de revolutie van verschillende gebieden, zoals biologie, pathologie en materiaalkunde, over de laatste paar eeuwen. Verdere vooruitgang van het onderzoek heeft echter zijn beperkt door diffractie, ter beperking van de resolutie van conventionele microscopen tot ongeveer de helft van de golflengte1. Daarom is super resolutie imaging om te overwinnen de diffractie-limiet een interessante onderzoeksruimte geweest in de afgelopen decennia.
Zoals de diffractie-limiet wordt toegeschreven aan het verlies van de vluchtig golven die sub golflengte informatie over objecten bevatten, zijn vroege studies uitgevoerd om te voorkomen dat vluchtig golven vervagen of om ze te herstellen2,3. De inspanning om te overwinnen de diffractie-limiet was voor het eerst gemeld met scanning optische microscopie, die het vluchtig veld in directe nabijheid van het object verzamelt voordat het gedissipeerde2in de buurt van veld. Echter, zoals het scannen van de afbeelding van de hele regio en reconstructie van het duurt een lange tijd, het kan niet worden toegepast op real-time imaging. Hoewel een andere aanpak gebaseerd op de "superlens," die vluchtig golven versterkt, de mogelijkheid voor real-time imaging biedt, beeldvorming van de sub golflengte is alleen geschikt in de regio in de buurt van-veld en niet bereiken ver buiten de objecten4, 5 , 6 , 7.
Onlangs, de hyperlens heeft ontpopt als een nieuwe benadering voor real-time ver-veld optische beeldvorming8,9,10,11,12. De hyperlens, die uit zeer anisotrope hyperbolische metamaterials13 bestaat, vertoont een plat hyperbolische dispersie zodat het ondersteunt hoge ruimtelijke informatie met dezelfde fase snelheid. Bovendien, als gevolg van de behoudswet van de dynamiek, de hoge dwarse wavevector is geleidelijk gecomprimeerd wanneer de Golf door de cilindrische geometrie gaat. Deze vergrote informatie kan dus worden gedetecteerd door een conventionele Microscoop regio ver-veld. Dit is van bijzonder belang aan real-time ver-veld imaging, zoals op niet ieder punt-voor-punt scannen of afbeelding wederopbouw vergen doet. Bovendien kan de hyperlens worden gebruikt voor andere toepassingen dan imaging, met inbegrip van nanolithography. Het licht dat via de hyperlens in de omgekeerde richting gaat zal uitgaan naar een sub diffractie-gebied als gevolg van de tijd-omkering symmetrie14,15,16.
Wij rapporteren hier, over een sferische hyperlens dat twee-dimensionale informatie vindt u op de zichtbare frequentie vergroot. In tegenstelling tot conventionele cilindrische meetkunde vergroot de sferische hyperlens objecten in de twee zijdelingse dimensies, praktische weergavetoepassingen vergemakkelijken. De fabricage methode en imaging setup met de hyperlens worden gepresenteerd in detail voor de reproductie van een kwalitatief hoogwaardige hyperlens. Een object sub golflengte is aangeduid op de hyperlens omwille van de bewijzen van zijn macht van super-oplossing. Het is bevestigd dat kleine elementen van ingeschreven objecten worden vergroot door de hyperlens. Aldus, duidelijk opgelost afbeeldingen zijn verkregen in de ver-veld regio in real-time. Deze nieuwe vorm van sferische hyperlens, met het gemak van integratie met conventionele microscopie, biedt de mogelijkheid van praktische beeldbewerkingstoepassingen, wat leidt tot het begin van een nieuw tijdperk in de biologie, pathologie en algemene nanoscience.

<table><tbody><tr><td>Focused Ion Beam frezenmachine</td><td>FEI</td><td>Helios Nanolab G3 CX</td><td></td></tr><tr><td>E-straal verdampingssysteem</td><td>Korea Vacuum Tech</td><td>KVE-E4000</td><td></td></tr><tr><td>Scannende elektronenmicroscopie</td><td>Hitachi</td><td>SU6600</td><td></td></tr><tr><td>Omgekeerde microscopie</td><td>Zeiss</td><td>Axiovert 200</td><td></td></tr><tr><td>Lichtbron</td><td>EXCELITAS Technologies</td><td>X-Cite 110 LED</td><td></td></tr><tr><td>Bandpassfilter</td><td>Chroma</td><td>ET405/30M</td><td></td></tr><tr><td>Objectieflens</td><td>Zeiss</td><td>Plan-Apochromat</td><td>NA=1.3, 100X</td></tr><tr><td>CCD-camera</td><td>Andor</td><td>Zyla 4.2</td><td></td></tr><tr><td>Kwartswafer</td><td>CORNING</td><td>Fused Silica Corning 7980</td><td></td></tr><tr><td>Gebufferde oxide-etsmiddel</td><td>J.T Baker TM</td><td>J.T.Baker 5175</td><td></td></tr><tr><td>Fotoresist</td><td>AZ electronic materials</td><td>GXR-601 PR</td><td></td></tr><tr><td>Chroom-etsmiddel</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>Isopropylalcohol</td><td>J.T Baker TM</td><td>UN1219</td><td></td></tr><tr><td>FEM-simulatietool</td><td>COMSOL 5.1 Multiphysics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

demonstratie van een hyperlens-geïntegreerd microscoop en super resolutie beeldvorming

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

Het gebruik van super resolutie imaging om te overwinnen de limiet van de diffractie van conventionele microscopie heeft het belang van onderzoekers in de biologie en nanotechnologie aangetrokken. Hoewel in de buurt van-veld scanning microscopie en superlenses zijn de resolutie in de buurt van het veld regio verbeterd, blijft ver-veld imaging in real-time een aanzienlijke uitdaging. Onlangs, de hyperlens, die vergroot en zet vluchtig golven in teeltmateriaal golven, heeft ontpopt als een nieuwe benadering voor de beeldvorming van de ver-veld. Wij rapporteren hier, de fabricage van een sferische hyperlens, samengesteld uit afwisselende zilver (Ag) en titanium-oxide (TiO2) dunne lagen. In tegenstelling tot een conventionele cilindrische hyperlens voorziet de sferische hyperlens twee-dimensionale vergroting. Opneming van de conventionele microscopie is dus eenvoudig. Een nieuwe optische systeem is geïntegreerd in de hyperlens wordt voorgesteld, waardoor een afbeelding met een sub golflengte worden verkregen in de ver-veld regio in real-time. In deze studie, worden de fabricage en imaging setup methoden uiteengezet in detail. Dit werk beschrijft ook de toegankelijkheid en de mogelijkheid van de hyperlens, alsmede praktische toepassingen voor real-time imaging in levende cellen, die tot een revolutie in de biologie en nanotechnologie leiden kan.

Het vermogen van het hyperlens-apparaat op te lossen sub diffractie eigenschappen berust op uniformiteit en een kwalitatief hoogwaardige productie. Hier is een hyperlens samengesteld uit een multilayer van Ag en TiO2 afwisselend gestort. Figuur 2a toont het SEM-beeld van een goed gemaakte hyperlens17. De transversale afbeelding toont dat de multilayer van Ag en Ti3O5 dunne film met uniforme dikte op het...

Het gebruik van een hyperlens werd beschouwd als een nieuwe super resolutie beeldvormende techniek te wijten aan haar voordelen in real-time beeldvorming en haar eenvoudige implementatie met conventionele optica. Hier presenteren we een protocol met een beschrijving van de fabricage en beeldtoepassingen van een sferische hyperlens.

Demonstratie van een Hyperlens-geïntegreerd Microscoop en super resolutie beeldvorming

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

Het algemene doel van deze experimentele procedure is om het fabricageproces en de subdiffractie-beeldvorming van het tweedimensionale hyperlensapparaat te demonstreren. Deze innovatieve superresolutie-beeldvormingstechniek biedt de voordelen van real-time beeldvorming en een eenvoudige implementatie in conventionele optica. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van superresolutie-beeldvorming, zoals het afbeelden van levende cellen en dynamische nanodeeltjes onder de diffractielimiet.De hyperlens is een speciale sferische lens met een meerlaagse structuur en een vlakke hyperbolische dispersie, die de vergroting van hoogfrequente informatie en een resolutie die vergelijkbaar is met die van dergelijke optica in het verre veld in real-time ondersteunt. Het belangrijkste voordeel van de sferische hyperlens is dat deze tweedimensionale informatie bij zichtbare frequenties kan vergroten. Een sferische hyperlens kan bovendien eenvoudig worden geïntegreerd in conventionele microscopie zonder dat hiervoor een aanvullend complex systeem nodig is.De procedure wordt gedemonstreerd door Dasol Lee en Inki Kim, promovendi in mijn laboratorium. Begin met het spin-coaten van de kwartswafer met een positieve fotoresist bij 2 000 rpm en bak deze gedurende 60 seconden bij 90 °C. Gebruik vervolgens een dicingmachine om de wafer met fotoresist in kleine stukjes van 20 bij 20 vierkante millimeter te snijden.Blaas de stukken schoon met een stikstofpistool onder druk om eventuele partikels die tijdens de snijstap zijn ontstaan te verwijderen. Plaats de gesneden wafer vervolgens gedurende vijf minuten in een ultrasoon bad met gedeïoniseerd water bij 45 °C. Verwijder de fotolaklaag met een ultrasoon bad van aceton gedurende vijf minuten bij 45 °C.Reinig vervolgens het substraat door het vijf minuten lang in een ultrasoon bad met isopropylalcohol te plaatsen bij 45 °C. Droog het substraat met een persluchtpistool met stikstof. Om het maskerpatroon te etsen, plaatst u eerst de schone kwartssubstraten in een elektronenstraalevaporatiesysteem met hoogvacuüm.Breng de chroomlaag aan met een depositiesnelheid van twee angstrom per seconde. Druk op de ontluchtingsknop om de kamer te ontluchten. Bevestig een monster op de Focused Ion Beam of FIB-houder met behulp van geleidende kopertape.Plaats vervolgens de FIB-houder in de FIB-kamer. Sluit de kamerdeur en druk op de pompknop om de kamer te vacuüm te trekken. Selecteer Beam On onder het tabblad voor bundelcontrole en stel de ionenbundelstroom en het versnellingsvoltage in voor de FIB-modus.Zet het ionenbundelsysteem aan. Selecteer Beam On onder het tabblad bundelregeling om de elektronenbundel in te schakelen en focus het beeld met een lage vergroting met behulp van de software. Stel vervolgens de werkafstand in op vier millimeter onder het navigatietabblad in de scanning elektronenmicroscoop-modus.Stel de kantelhoek van de houder in op 52 graden en maak SEM-beelden op verschillende vergrotingen voordat het gatmatrixmaskerpatroon wordt gefabriceerd. Kies onder het tabblad 'patterning' het patroongebied en maak een gatmatrix van 50 nanometer op de chroomlaag. Schakel na voltooiing de elektronenstraal- en ionenstraalsystemen uit en laat ze afkoelen.Druk op de ontluchtingsknop om de kamer te spoelen met stikstofgas. Neem vervolgens de houder uit de kamer. Plaats daarna het gepatroneerde substraat gedurende vijf minuten in een 1:10 gebufferde oxide-etsoplossing.Plaats het gestructureerde substraat in gedeïoniseerd water om de gebufferde oxidetsant te reinigen. Droog het monster vervolgens met samengeperst stikstofgas. Plaats het gestructureerde substraat in chroometsant om de chroommaskerlaag te verwijderen.Plaats tot slot het gepatroonde substraat gedurende vijf minuten in gedeïoniseerd water om het te reinigen. Druk op de ontluchtingsknop van het elektronenstraalevaporatiesysteem en wacht tot de ontluchting is voltooid. Laad vervolgens het gepatroonde substraat na de ontluchting in een elektronenstraalevaporatiesysteem met hoog vacuüm.Sluit de kamerdeur en vacumeer de kamer door op de pompknop te drukken. Sputter de zilverlaag met een groeisnelheid van één angstrom per seconde tot een dikte van 15 nanometer is bereikt. Koel het substraat na het depositeren van de zilverlaag gedurende vijf minuten af.Vervang de pocket van het elektronenstraalevaporatiesysteem door een andere smeltkroes te kiezen en deponeer de titaniumoxidelaag met een groeisnelheid van één angstrom per seconde. Deponeer vervolgens een titaniumoxidelaag met een dikte van 15 nanometer. Koel het substraat na de depositie van de titaniumoxidelaag vijf minuten lang af.Herhaal de depositiestappen gedurende tientallen cycli om een meerlaag van zilver en titaniumoxide te deposeren. Vervang de pocket van het elektronenstraalevaporatiesysteem en deponeer de chroomlaag met een dikte van 50 nanometers. Schakel na de depositie van de chroomlaag het elektronenstraalevaporatiesysteem uit.Druk op de ontluchtingsknop en ontlucht de kamer door stikstofgas toe te voeren. Open na de ontluchting de deur van de kamer en haal de houder voor de montage uit de kamer. Verwijder het gefabriceerde hyperlens-apparaat.Sluit vervolgens de deur van de kamer en vacuümeer de kamer door op de pompknop te drukken. Plaats de met chroom bezette hyperlens in het FIB-freesysteem en breng een nanostructuur aan volgens de instructies van de fabrikant. Plaats daarna een conventionele optische transmissiemicroscoop op de optische tafel.Sluit een witlichtbron aan op het verlichtingspad van de microscoop met behulp van een adapter. Plaats een optisch banddoorlaatfilter met een centrumgolflengte van 410 nanometer. Selecteer een olie-immersieobjectief met een hoge vergroting en gebruik een hoogwaardige CCD-camera om de beelden vast te leggen.Plaats een druppel immersie-olie op de objectieflens. Plaats ten slotte een hyperlens op de objecttafel en leg de beelden vast. Hier wordt een hyperlens getoond die bestaat uit afwisselend gestapelde multilagen van zilver en titaniumoxide.De dwarsdoorsnedebeld laat zien dat de mehrlaagse dunne film van zilver en titaniumoxide met een uniforme dikte is afgezet op het hemisferische kwartssubstraat. Een hyperlens bestaande uit zilver en titaniumoxide vertoont uitstekende prestaties bij een golflengte van 410 nanometers, omdat de dispersierelatie van de gestapelde mehrlagen een hyperbolische dispersiecurve heeft, zoals hier wordt getoond. Componenten met een hoge ruimtelijke golfvector kunnen zich voortplanten langs de radiale richting van de hyperlens.Kleine kenmerken met hoogfrequente componenten, die niet door conventionele optiek kunnen worden vastgelegd, kunnen zich via de hyperlens voortplanten naar het verre veld, zoals berekend via eindige-elementensimulatie. Na de fabricage kan de hyperlens worden geïntegreerd in het conventionele microscopiesysteem, zoals getoond in dit eenvoudige schema van het hyperlens-beeldvormingssysteem. De hyperlens wordt op de objectieflens geplaatst.Voor de demonstratie van de hyperlens wordt een kunstmatig patroon aangebracht op het binnenoppervlak van de hyperlens. De resultaten tonen de beelden die via de hyperlens zijn vastgelegd. De spleetgroottes variëren in elk geval van 160 nanometers tot 180 nanometers.De kenmerken onder de diffractielimiet worden opgelost en het super-resolutievermogen van de hyperlens kan worden bevestigd. De ontwikkeling van de hyperlens heeft de weg vrijgemaakt voor super-resolutiebeeldtechnieken om nanomachine-biomoleculen en anorganische nanodeeltjes te onderzoeken. Na het bekijken van deze video heeft u een goed inzicht in hoe u een hoogwaardige hyperlens fabriceert en opstelt voor uw eigen super-resolutiebeeldsysteem.We verwachten dat de hyperlenstechniek in de praktijk zal worden verbeterd door het adopteren van een schaalbare en reproduceerbare fabricagemethode. De hyperlens zal wetenschappers in staat stellen om biofysische dynamiek op nanoschaal in realtime te observeren en zal dienen als de volgende generatie superresolutie-beeldvorming in diverse toepassingen, zoals biologie, medische wetenschap, materiaalkunde en nanotechnologie.

demonstration-hyperlens-integrated-microscope-super-resolution

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Lensfree optische tomografie een driedimensionale microscopie techniek die een ruimtelijke resolutie van &lt;1 um heeft x &lt;1 um x &lt;3 urn x, y en z afmetingen respectievelijk over een groot volume beeldvorming van 15-100...

Lensfree On-chip Tomografische Microscopie Gebruikmakend van Multi-angle Verlichting en Pixel Super-resolutie

We demonstreren het gebruik van fluorescentie foto activerings lokalisatie microscopie (FPALM) om gelijktijdig meerdere soorten fluorescerend gelabelde moleculen binnen cellen af te beelden. De beschreven technieken leveren de lokalisatie op van duizenden tot honderdduizenden individueel fluorescent gelabelde eiwitten, met een precisie van tientallen nanometer binnen enkele cellen.

Gelijktijdige Multicolor beeldvorming van biologische structuren met fluorescentie Fotoactivatie Lokalisatie Microscopie

Werkwijze voor het overwinnen van de optische diffractie limiet wordt gepresenteerd. De methode omvat een proces in twee stappen: optische fase retrieval behulp iteratieve Gerchberg-Saxton algoritme, en imaging systeem verschuiven gevolgd door herhaling van de eerste stap. Een synthetisch toegenomen lensopening wordt gegenereerd in de richting van de beweging, waardoor een hogere beeldresolutie.

Tijd Multiplexing Super oplossen Techniek for Imaging van een bewegend platform

We beschrijven hoe de uitvoering fotogeactiveerde lokalisatie microscopie (PALM)-gebaseerde studies van blaasjes in vaste, gekweekte neuronen. Belangrijke onderdelen van ons protocol etiket voorzien blaasjes met photoconvertible hersenschimmen, het verzamelen van een klein aantal RAW-afbeeldingen met een super-resolutie microscopie-systeem, en de verwerking van de ruwe beelden op de foto om een ​​super-resolutie te produceren.

Super-resolution Imaging van Neuronal Dense-core Blaasjes

Spatiotemporele informatie over dynamische eiwitten in levende cellen is cruciaal voor het begrijpen van de biologie. Een type superresolutiemicroscopie genaamd fast 3D-structured illumination microscopy (f3D-SIM) onthult unieke informatie over de cytokinetische Z-ring in bacteriën: zowel het kralenachtige uiterlijk als de snelle dynamica van FtsZ binnen de ring.

Super-resolution Imaging van de Cytokinetic Z Ring in levende bacteriën met behulp van Fast-3D Structured Illumination Microscopy (F3D-SIM)

Hier presenteren we een praktische gids voor het bouwen van een geïntegreerde microscopie-systeem, dat wordt samengevoegd conventionele epi-belichting fluorescerende imaging, single-molecuul detectie gebaseerde Super resolutie beeldvorming en Multi-Color single-molecuul detectie, met inbegrip van single-molecuul fluorescentie resonantie energieoverdracht imaging, in één set-up op een kostenefficiënte manier.

Uitvoeren van meerdere Imaging modi met één fluorescentie Microscoop

Chip-based superresolutie optische microscopie is een nieuwe benadering van fluorescentiemicroscopie en biedt voordelen in kosteneffectiviteit en doorvoer. Hier worden de protocollen voor chip voorbereiding en beeldvorming getoond voor TIRF microscopie en lokalisatie gebaseerde super-resolution microscopie.

High-throughput totale interne reflectie fluorescentie en directe stochastische optische reconstructie microscopie met behulp van een Photonic chip

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor superresolutie live-cell imaging in intact weefsel. We hebben de voorwaarden gestandaardiseerd voor beeldvorming van een zeer gevoelige volwassen stamcelpopulatie in zijn inheemse weefselomgeving. Deze techniek omvat het balanceren van temporele en ruimtelijke resolutie om de directe observatie van biologische verschijnselen in levend weefsel mogelijk te maken.

Superresolutie live celbeeldvorming van subcellulaire structuren

Het keldermembraan is essentieel voor weefsel- en orgaanmorfogenese tijdens de ontwikkeling. Om de mechanismen die leiden tot de juiste plaatsing van deze structuur beter te begrijpen, beschrijft het gepresenteerde protocol methoden om de intracellulaire handel en secretie van keldermembraaneiwitten in epitheelcellen te visualiseren en te karakteriseren met behulp van confocale en superresolutiemicroscopie.

Confocale en superresolutie beeldvorming van gepolariseerde intracellulaire handel en secretie van keldermembraaneiwitten tijdens Drosophila Oogenesis

Dit protocol beschrijft de geavanceerde beeldvormingstoepassingen en het beheer van gedeelde middelen van een laser-scannend confocaal microscoopsysteem, geïntegreerd met een multiplexed arraydetector voor hoogresolutie cellulaire en subcellulaire beeldvorming. De workflow maakt multimodale beeldvorming mogelijk van confocaal tot superresolutie (~120 nm) binnen één platform, waardoor visualisatie op nanoschaal toegankelijker wordt.

Superresolutie beeldvorming en gedeeld beheer: een protocol voor confocale microscopie met multiplexdetectie

Leer de fabricage en subdiffractiebeeldvorming met een hyperlens voor superresolutiemicroscopie. Deze methode integreert eenvoudig met conventionele optica en maakt real-time beeldvorming van levende cellen en nanodeeltjes mogelijk.

Demonstratie van een Hyperlens-geïntegreerd Microscoop en super resolutie beeldvorming

Meer video's verkennen