Gösteri bir mikroskop Hyperlens entegre ve süper kararlılık düşsel

Bu deneysel prosedürün genel amacı, iki boyutlu hiperlens cihazının üretim sürecini ve alt-difraksiyon görüntülemesini göstermektir. Bu yeni süper-çözünürlüklü görüntüleme tekniği, gerçek zamanlı görüntüleme ve geleneksel optiğe basit uygulama avantajlarına sahiptir. Bu yöntem, canlı hücrelerin ve dinamik nanoparçacıkların difraksiyon limitinin altında görüntülenmesi gibi süper-çözünürlüklü görüntüleme alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir.

Hiperlens, yüksek frekanslı bilgilerin büyütülmesini ve benzer optiklerin çözünürlüğünün gerçek zamanlı olarak uzak alanda elde edilmesini destekleyen, düz hiperbolik dağılıma sahip çok katmanlı yapıya sahip özel bir küresel lenstir. Küresel hiperlensin temel avantajı, görünür frekanslardaki iki boyutlu bilgileri büyütebilmesidir. Küresel bir hiperlens, ek karmaşık sistemlere ihtiyaç duyulmadan geleneksel mikroskopiye kolayca entegre edilebilir.

Prosedür, laboratuvarımdaki yüksek lisans öğrencileri Dasol Lee ve Inki Kim tarafından uygulamalı olarak gösterilecektir. Başlangıç olarak, kuvars gofere 2.000 rpm hızında pozitif bir fotoresist kaplayın (spin coat) ve 90 °C'de 60 saniye boyunca pişirin. Ardından, fotoresist kaplı goferi bir dilimleme makinesi (dicing machine) kullanarak 20 x 20 mm² boyutundaki küçük parçalara bölün.

Kesme adımından kaynaklanan partikülleri temizlemek için parçalara basınçlı nitrojen tabancasıyla hava tutun. Ardından, kesilen gofreti 45 °C'deki deiyonize su içeren ultrasonik banyoya beş dakika boyunca yerleştirin. Fotoresist tabakasını, 45 °C'deki aseton içeren ultrasonik banyoda beş dakika boyunca işleterek temizleyin.

Ardından, substratı 45 °C'de beş dakika boyunca izopropil alkol ultrasonik banyosuna yerleştirerek temizleyin. Substratı basınçlı bir azot tabancası ile kurutun. Maske desenini aşındırmak için önce temiz kuars substratları yüksek vakumlu bir elektron demeti buharlaştırma sistemine yükleyin.

Krom tabakasını saniyede iki angstrom bir biriktirme hızıyla biriktirin. Hazneyi tahliye etmek için tahliye düğmesine basın. Bir örneği, iletken bakır bant kullanarak Odaklanmış İyon Demeti veya FIB tutucuya yerleştirin.

Ardından, FIB tutucuyu FIB haznesine yerleştirin. Hazne kapısını kapatın ve hazneyi tahliye etmek için pompa düğmesine basın. Işın kontrol sekmesi altından Beam On seçeneğini belirleyin ve FIB modu için iyon ışın akımını ve hızlandırma voltajını ayarlayın.

İyon demeti sistemini açın. Elektron demetini çalıştırmak için demet kontrol sekmesi altındaki Beam On seçeneğini belirleyin ve yazılım kullanarak düşük büyütmede görüntüyü odaklayın. Ardından, taramalı elektron mikroskobu modundaki navigasyon sekmesi altında çalışma mesafesini dört milimetreye ayarlayın.

Tutucunun eğim açısını 52 dereceye ayarlayın ve delik dizisi maske deseni fabrikasyonundan önce farklı büyütmelerde SEM görüntüleri alın. Desenleme sekmesi altında, desenleme bölgesini seçin ve krom tabakası üzerinde 50 nanometre boyutunda bir delik dizisi oluşturun. İşlem tamamlandıktan sonra, elektron demeti ve iyon demeti sistemlerini kapatın ve soğumalarını bekleyin.

Hava odasını azot gazı ile tahliye etmek için havalandırma (vent) düğmesine basın. Ardından, tutucuyu odadan çıkarın. Sonrasında, desenli altlığı beş dakika boyunca bir ila 10 oranında tamponlanmış oksit aşındırıcıya (buffered oxide etchant) yerleştirin.

Tamponlanmış oksit aşındırıcıyı temizlemek için desenli substratı deiyonize suya yerleştirin. Ardından, örneği basınçlı azot gazı ile kurutun. Krom maske tabakasını kaldırmak için desenli substratı krom aşındırıcıya yerleştirin.

Son olarak, temizlemek için desenlenmiş altlığı beş dakika boyunca deiyonize suda bekletin. Elektron demeti evaporasyon sisteminin tahliye (vent) düğmesine basın ve tahliye işlemi tamamlanana kadar bekleyin. Ardından, tahliye işleminden sonra desenlenmiş altlığı yüksek vakumlu elektron demeti evaporasyon sistemine yerleştirin.

Kapak kapalı konuma getirildikten sonra pompa düğmesine basılarak hazne vakumlanmalıdır. Saniyede bir angstrom büyüme hızıyla, 15 nanometre kalınlığında bir gümüş tabakası kaplanmalıdır. Gümüş tabakası kaplamasının ardından substrat beş dakika boyunca soğutulmalıdır.

Başka bir pota seçerek elektron demeti buharlaştırma sisteminin haznesini değiştirin ve titanyum oksit tabakasını saniyede bir angstrom büyüme hızıyla biriktirin. Ardından, 15 nanometre kalınlığında bir titanyum oksit tabakası biriktirin. Titanyum oksit tabakasının biriktirilmesinden sonra, altlığı beş dakika boyunca soğutun.

Gümüş ve titanyum oksitten oluşan çok katmanlı bir yapı oluşturmak için biriktirme adımlarını onlarca döngü boyunca tekrarlayın. Elektron demeti buharlaştırma sisteminin haznesini değiştirin ve 50 nanometre kalınlığında krom tabakası biriktirin. Krom tabakasının biriktirilmesinin ardından elektron demeti buharlaştırma sistemini kapatın.

Tahliye düğmesine basın ve azot gazı girişini sağlayarak hazneyi tahliye edin. Tahliye işleminden sonra hazne kapısını açın ve montaj tutucuyu hazneden çıkarın. Üretilen hiperlens cihazını sökün.

Ardından, hazne kapısını kapatın ve pompa düğmesine basarak hazneyi tahliye edin. Krom kaplı hiper lensi FIB frezeleme sistemine monte edin ve üretici talimatlarına göre nano boyutlu bir yapı oluşturun. Sonra, optik masanın üzerine geleneksel iletim tipi bir optik mikroskop yerleştirin.

Bir adaptör kullanarak beyaz ışık kaynağını mikroskobun aydınlatma yoluna bağlayın. 410 nanometre merkezli bir optik bant geçiren filtre yerleştirin. Yüksek büyütmeli bir yağ daldırma objektif mercek seçin ve görüntüleri elde etmek için yüksek kaliteli bir CCD kamera kullanın.

Objektif lensin üzerine bir damla imersiyon yağı damlatın. Son olarak, numune tablasına bir hiperlens yerleştirin ve görüntüleri yakalayın. Burada, sırayla biriktirilmiş gümüş ve titanyum oksit çok katmanlarından oluşan bir hiperlens gösterilmektedir.

Kesit görüntüsü, gümüş ve titanyum oksit ince film çok katmanının, hemisferik kuvars alt tabaka üzerine homojen kalınlıkta kaplandığını göstermektedir. Gümüş ve titanyum oksitten oluşan bir hiperlens, burada gösterildiği gibi üst üste yığılmış çok katmanların dağılım ilişkisi hiperbolik bir dağılım eğrisine sahip olduğu için 410 nanometre dalga boyunda yüksek performans sergilemektedir. Yüksek uzaysal dalga vektörü bileşenleri, hiperlensin radyal yönü boyunca yayılabilir.

Sonlu eleman simülasyonu ile hesaplandığı üzere, geleneksel optiklerle yakalanamayan yüksek frekanslı bileşenlere sahip küçük özellikler, hiperlens aracılığıyla uzak alana yayılabilir. Fabrikasyon sonrası hiperlens, hiperlens görüntüleme sisteminin bu basit şemasında gösterildiği gibi geleneksel mikroskop sistemine entegre edilebilir. Hiperlens, objektif lensin üzerine yerleştirilir.

Hiperlensin gösterimi için, hiperlensin iç yüzeyine yapay bir desen kazınmıştır. Sonuçlar, hiperlens aracılığıyla yakalanan görüntüleri göstermektedir. Her durum için boşluk boyutları 160 nanometre ile 180 nanometre arasındadır.

Kırınım sınırının altındaki özellikler çözümlenmiş ve hiperlensin süper çözünürlük gücü doğrulanmıştır. Hiperlensin geliştirilmesi, nano boyutlu biyomoleküler mekanizmaları ve inorganik nanopartikülleri incelemek için süper çözünürlüklü görüntüleme tekniğinin önünü açmıştır. Bu videoyu izledikten sonra, yüksek kaliteli bir hiperlensin nasıl üretileceği ve kendi süper çözünürlüklü görüntüleme sisteminizin nasıl kurulacağı konusunda iyi bir anlayış kazanmış olacaksınız.

Ölçeklenebilir vele tekrarlanabilir bir fabrikasyon yönteminin benimsenmesiyle, hiperlens tekniğinin pratikliğinin artacağını öngörüyoruz. Hiperlens, bilim insanlarının nano ölçekte meydana gelen biyofiziksel dinamikleri gerçek zamanlı olarak gözlemlemesine olanak tanıyacak ve biyoloji, tıp bilimi, malzeme bilimi ve nanoteknoloji gibi çeşitli uygulamalarda yeni nesil süper çözünürlüklü görüntüleme olarak görev yapacaktır.