مظاهرة مجهر المتكاملة هايبرلينس وتصوير القرار فائقة

* These authors contributed equally
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

وقد اعتبر استخدام هايبرلينس كأسلوب تصوير رواية قرار فائقة نظراً لمزاياه في التصوير في الوقت الحقيقي وتنفيذها بسيط مع البصريات التقليدية. نقدم هنا، بروتوكول وصف التلفيق والتصوير التطبيقات من هايبرلينس كروية.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Lee, D., Kim, M., So, S., Kim, I., Yoon, G., Kim, K., Rho, J. Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging. J. Vis. Exp. (127), e55968, doi:10.3791/55968 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

استخدام فائقة القرار التصوير للتغلب على حدود حيود الفحص المجهري التقليدي قد اجتذب اهتمام الباحثين في علم الأحياء وتكنولوجيا النانو. رغم تحسن القريبة من حقل المسح المجهري وسوبيرلينسيس القرار في المنطقة القريبة من حقل، تصوير بعيدة الميدانية في الوقت الحقيقي يظل يشكل تحديا كبيرا. في الآونة الأخيرة، برز هايبرلينس، التي تكبر وتحويل نشر موجات موجات زائل، كنهج جديد لتصوير أقصى الميدان. هنا، نحن تقرير تلفيق هايبرلينس كروية تتألف من الفضة (Ag)، وطبقات رقيقة (TiO2) أكسيد التيتانيوم بالتناوب. بخلاف هايبرلينس أسطواني تقليدية، يسمح هايبرلينس كروية للتكبير ثنائي الأبعاد. وهكذا، إدماجها في الفحص المجهري التقليدي واضح ومباشر. ويقترح نظام بصري جديد متكامل مع هايبرلينس السماح لصورة الطول موجي الفرعية يمكن الحصول عليها في منطقة بعيدة الميدانية في الوقت الحقيقي. في هذه الدراسة، بتلفيق وأساليب إعداد التصوير يتم شرح بالتفصيل. كما يصف هذا العمل بإمكانية الوصول وإمكانية هايبرلينس، وكذلك التطبيقات العملية للتصوير في الوقت الحقيقي في الخلايا الحية، مما يمكن أن يؤدي إلى ثورة في البيولوجيا والتكنولوجيا النانوية.

Introduction

رغبة في مراقبة الجزيئات الحيوية في الخلايا الحية أدت إلى اختراع الميكروسكوب، وظهور مجهرية نشر الثورة في مختلف المجالات، مثل علم الأحياء وعلم الأمراض وعلم المواد، على مر القرون القليلة الماضية. ومع ذلك، تم تقييد زيادة النهوض بالبحوث بواسطة الحيود، مما يحد من القرار المجاهر التقليدية إلى حوالي نصف طول الموجه1. ولذلك كان قرار فائقة التصوير للتغلب على هذا الحد حيود منطقة بحث مثيرة لاهتمام في العقود الأخيرة.

كما الحد حيود يعزى إلى فقدان موجات زائل تحتوي على الطول الموجي الفرعية على معلومات حول كائنات، أجريت دراسات مبكرة للحفاظ على موجات زائل من تتلاشى أو لاستعادتها2،3. وذكر الجهود المبذولة للتغلب على هذا الحد حيود أولاً بالقرب من ميدان الفحص المجهري الضوئي، الذي يجمع الحقل زائل بالقرب من الكائن قبل أن تبدد2. ومع ذلك، كما مسح منطقة الصورة بأكملها، وإعادة بناء عليه وقتاً طويلاً، لا يمكن تطبيق للتصوير في الوقت الحقيقي. على الرغم من أن نهج آخر يستند إلى "سوبيرلينس," الذي يسهب موجات زائل، يوفر إمكانية التصوير في الوقت الحقيقي، تصوير الطول الموجي الفرعية قادر فقط في المنطقة القريبة من حقل، ولا يمكن أن تصل إلى أبعد من الكائنات4، 5 , 6 , 7.

في الآونة الأخيرة، برز هايبرلينس كنهج جديد للوقت الحقيقي الآن حقل بصري التصوير8،9،10،11،12. هايبرلينس، الذي هو من metamaterials الزائدي متباين جداً13، المعارض من تشتت قطعي شقة حيث أن يدعم المعلومات المكانية العالية مع نفس السرعة المرحلة. وعلاوة على ذلك، بسبب قانون حفظ الزخم، وافيفيكتور عرضية عالية تدريجيا مضغوط كما يذهب الموجه عن طريق الهندسة أسطواني. وهكذا يمكن الكشف عن هذه المعلومات تم تكبيره مجهر تقليدية في منطقة بعيدة الميدانية. وهذا أهمية خاصة لتصوير بعيد الميدانية في الوقت الحقيقي، كما أنها لا تتطلب أي التعمير المسح الضوئي أو صورة نقطة بنقطة. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدامها في هايبرلينس لتطبيقات بخلاف التصوير، بما في ذلك نانوليثوجرافي. سوف تركز الضوء الذي يمر عبر هايبرلينس في اتجاه عكسي على منطقة حيود الفرعية سبب15،،من14التماثل عكس اتجاه الساعة16.

هنا، نحن تقريرا عن هايبرلينس كروية بتضخيم المعلومات ثنائي الأبعاد في تواتر مرئية. على عكس الهندسة أسطواني التقليدية، وتضخيم هايبرلينس كروية الكائنات في هذين البعدين الأفقي، تيسير العملية تطبيقات التصوير. أسلوب التصنيع والإعداد التصوير مع هايبرلينس ترد بالتفصيل لاستنساخ هايبرلينس عالية الجودة. هو إدراج كائن فرعي للطول موجي على هايبرلينس من أجل إثبات قوتها حل سوبر. ومن المؤكد أن تضخيم الملامح الصغيرة من الكائنات المدرجة في القائمة قبل هايبرلينس. وهكذا، يتم الحصول على صور حل واضح في منطقة بعيدة الميدانية في الوقت الحقيقي. هذا النوع الجديد من هايبرلينس الكروية، مع سهولة التكامل مع الفحص المجهري التقليدي، يوفر إمكانية تطبيقات عملية التصوير، مما أدى إلى بزوغ فجر عصر جديد في علم الأحياء وعلم الأمراض وعلم العامة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-"إعداد الركيزة"

  1. الحصول على صقل عالية رقاقة الكوارتز. لتلفيق ذكرت هنا، استخدام رقاقة مع سمك 500 ميكرومتر.
  2. S
  3. تدور-معطف رقاقة الكوارتز مع مقاوم الضوء إيجابية في 2,000 لفة في الدقيقة وخبز 60 في 90 ° C.
    ملاحظة: الطبقة مقاوم الضوء الإيجابية هي مغلفة لمنع الضرر أثناء الخطوة اللاحقة قطع.
  4. استخدام آلة ديسينغ إلى قطع يفر مع مقاوم الضوء إلى قطع صغيرة 20 × 20 مم 2 في الحجم.
  5. ضربة باستخدام بندقية نيتروجين مضغوط لإزالة الجسيمات الناتجة عن خطوة قطع.
  6. وضعه في حمام الموجات فوق الصوتية في إزالة مؤين الماء (DI) لمدة 5 دقائق في 45 ° جيم إزالة الطبقة مقاوم الضوء باستخدام حمام الموجات فوق الصوتية في الأسيتون لمدة 5 دقائق في 45 ° C. تنظيف الركازة استخدام اثنين من الحمامات بالموجات فوق الصوتية والاسيتون والكحول الأيزوبروبيل، كل منهما لمدة 5 دقائق في 45 درجة مئوية.
  7. الجاف للركيزة بمسدس نيتروجين مضغوط.

2. النقش على "نمط القناع"

ركائز الكوارتز
  1. تحميل النظيفة إلى إلكترون عالية الفراغ شعاع نظام التبخر. تأكد من تمكين التناوب الركازة.
  2. إيداع طبقة الكروم بمعدل ترسيب 2 Å/س.
    ملاحظة: ينبغي أن تودع طبقة على الأقل 100 نانومتر سميكة لقناع النقش لمنع الثقوب مصنوعة من ترسب.
  3. اضغط على زر التنفيس للتنفيس عن الدائرة وجبل عينة على صاحب شعاع (التعزيز) أيون المركزة باستخدام إجراء الشريط النحاس.
  4. تحميل صاحب التعزيز في قاعة التعزيز.
  5. بإغلاق باب الغرفة واضغط الزر مضخة لإخلاء الدائرة.
  6. تحديد " شعاع في " تحت علامة التبويب التحكم شعاع ومجموعة شعاع أيون الحالية (7.7 باسكال) وتسريع الجهد (30 كيلو فولت) لوضع التعزيز.
  7. تشغيل النظام الشعاع أيون-
  8. تحديد " شعاع في " تحت علامة التبويب التحكم شعاع لتشغيل شعاع الإلكترون والتركيز الصورة مع تضخم منخفض باستخدام البرمجيات-
  9. تعيين المسافة العمل (WD) 4 ملم تحت علامة التبويب التنقل في وضع المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM)-
  10. ضبط زاوية الميل حامل إلى 52 درجة وأخذ الصور ووزارة شؤون المرأة في تكبير مختلفة قبل ثقب الصفيف قناع نمط تلفيق.
  11. ضمن علامة التبويب الزخرفة، اختر منطقة الزخرفة وجعل مجموعة ثقب 50 نانومتر على طبقة الكروم.
    ملاحظة: هناك بسيطة الزخرفة الأدوات موجوداً تحت علامة التبويب الزخرفة. يمكن تحقيق التحكم هندسة والتعرض أكثر تعقيداً عن طريق استيراد الصور النقطية أو توليد مخطوطات.
  12. بعد الانتهاء، إيقاف شعاع الإلكترون وشعاع أيون النظم وتهدئة النظام.
  13. اضغط على زر التنفيس وتنفيس الدائرة مع غاز النيتروجين. أخذ صاحب خارج الدائرة.
  14. بإغلاق باب الغرفة وإخلاء الدائرة عن طريق الضغط على زر مضخة.

3. الرطب-النقش بالعملية وإزالة طبقة قناع

  1. وضع الركيزة منقوشة في 01:10 مخزنة تنميش أكسيد للحد الأدنى 5
    ملاحظة: الكوارتز بشكل انتقائي وإيسوتروبيكالي الرطب المحفور تنميش ويشكل شكل كروي. ويمكن الحصول على شكل العدسة مع قناع النقش، والقطر تحديداً تسيطر عليها وقت النقش. يمكن أن تشكل أفضل شكل كروي قطره نمط أصغر. ويمكن الحصول على نصف قطرها 1.5 ميكرومتر الكرة داخل الحد الأدنى 5
  2. وضع الركيزة منقوشة في المياه دي لتنظيف تنميش أكسيد مخزنة (5 دقائق، مرتين).
    ملاحظة: يمكن أن تكون خطرة تنميش أكسيد مخزنة بشكل مؤقت، لذا كن حذراً عند استخدام هذه تنميش.
  3. الجاف للعينة مع غاز النيتروجين المضغوط.
  4. وضع الركيزة منقوشة في تنميش الكروم CR-7 لإزالة طبقة قناع الكروم.
    ملاحظة: بعد إزالة طبقة الكروم، الركيزة منقوشة كروية 1.5 ميكرومتر في القطر يمكن الحصول عليها-
  5. وضع الركيزة منقوشة في المياه دي لتنظيفه (5 دقائق)-

4. ترسب الطبقات ونقش الكائن نانو الحجم

ملاحظة: تودع زوج من الطبقات على الركازة الكوارتز كروية. هنا، يتم استخدام Ag و TiO 2 كمواد الترسيب. Ag و TiO 2 تودع بالتناوب في سمك 15 نانومتر.

  1. اضغط على زر تنفيس النظام تبخر شعاع الإلكترون وانتظر حتى يتم التنفيس أكثر.
  2. تحميل الركيزة منقوشة في نظام تبخر شعاع إلكترون عالية الفراغ بعد التنفيس.
  3. بإغلاق باب الغرفة وإخلاء الدائرة لدرجة فراغ من 10 -7 ميلليمتر زئبق بالضغط على زر مضخة.
    ملاحظة: ينبغي أن تظل حالة فراغ في 10 -7 ميلليمتر زئبق للحد من التشتت من خشونة السطح.
  4. إيداع طبقة Ag مع معدل نمو بلغ 1/s وإيداع طبقة Ag نانومتر سميكة 15-
  5. بعد ترسب طبقة Ag، وتهدئة الركيزة للحد الأدنى 5
  6. تغيير جيب النظام تبخر شعاع الإلكترون باختيار آخر بوتقة وإيداع الطبقة 2 TiO بمعدل نمو 1 Å س إيداع طبقة سميكة نانومتر TiO 15 2-
    ملاحظة: أثناء عملية الترسيب، معدل نمو الفيلم هو إبقاء منخفضة المحافظة على اتساق خشونة السطح.
  7. بعد ترسب طبقة TiO 2، تهدئة الركيزة للحد الأدنى 5
  8. كرر الخطوات 4، 4-4.7 لعشرات الدورات إيداع متعدد الطبقات أغ و TiO 2-
    ملاحظة: عند هذه النقطة، تلفيق هايبرلينس أكثر. والخطوة التالية لجعل ميزة محدودة زمنياً دون diffraction إجبارية لاختبار هايبرلينس القدرة على التصوير. الحجم نانومتر الفتحات والشقوق هي مدرجة بالتعزيز الطحن.
  9. تغيير جيب النظام تبخر شعاع الإلكترون وإيداع طبقة الكروم في سمك 50 نانومترا.
  10. بعد ترسب طبقة Cr، إيقاف تشغيل النظام تبخر شعاع الإلكترون. اضغط على زر التنفيس وتنفيس الدائرة بإدخال غاز النيتروجين.
  11. بعد التنفيس، فتح باب الغرفة وأخذ صاحب جبل خارج الدائرة. علامات إيقاف الجهاز الملفقة هايبرلينس.
  12. بإغلاق باب الغرفة وإخلاء الدائرة عن طريق الضغط على زر مضخة.
  13. جبل هايبرلينس تودع مع الكروم في التعزيز طحن نظام ونمط بنية نانو الحجم، كل الشركة المصنعة ' تعليمات s-

5. الإعداد حتى التصوير النظام وإجراء التصوير

  1. مكان التقليدية من نوع الإرسال مجهر بصرية على الطاولة الضوئية-
    ملاحظة: هنا، استخدمت مجهر ضوئي مقلوب كهيئة رئيسية-
  2. توصيل مصدر الضوء الأبيض إلى المسار الإضاءة المجهر باستخدام محول-
  3. ضع
  4. عامل تصفية ممر الموجه ضوئية التي تركزت في 410 نانومتر.
    ملاحظة: ممر الموجه مرشح بشكل انتقائي تخترق محددة الطول الموجي للضوء؛ وهنا، مضاءة 410 نانومتر الضوء على العينة. وقد هايبرلينس تتألف من Ag و TiO 2 عالية الأداء في طول موجي 410 نانومتر. نتيجة المحاكاة ( الشكل 2 ج) يظهر أداء هايبرلينس، الذي يرضي بعلاقة التشتت القطعي في 410 نانومتر الضوء.
  5. حدد
  6. عدسة هدف نفط عالية التكبير غمر. استخدم كاميرا CCD عالية جودة للحصول على الصور-
    ملاحظة: هذا الإعداد بصري يضع فقط الحظرتصفية دباس إلى المسار الإضاءة الخفيفة لفرز على ضوء الطول الموجي نانومتر 410. يمكن مضاءة طول موجي معين للضوء على العينة دون استخدام الضوء الأبيض، ولكن في مختبر عادي، قد المجاهر الضوئية مصدر الضوء الأبيض للمراقبة لعينات من خلال مشرق الحقل أو تصوير fluorescence.
  7. ضع قطره زيت الغمر على العدسة والهدف. ضع هايبرلينس على عينة المرحلة والتقاط الصور.
    ملاحظة: يمكن مضيئة الكائنات نانو الحجم المدرج على السطح الداخلي هايبرلينس مع 410 نانومتر الضوء. مع هايبرلينس، الكائنات نانو الحجم سيتم تكبير والتقاطها بعدسة الهدف وتصويرها بكاميرا CCD.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تعتمد قدرة الجهاز هايبرلينس على حل الميزات الفرعية الحيود عن التوحيد واختلاق عالية الجودة. هنا، وهايبرلينس تتألف من متعدد الطبقات من Ag و TiO2 المودعة بالتناوب. يظهر الشكل 2a صورة جيدة الصنع هايبرلينس17وزارة شؤون المرأة. صورة مقطعية تظهر أن تودع متعدد الطبقات من جي تي3س5 رقيقة الفيلم ومع سمك موحد على الركازة الكوارتز الكرة. خشونة السطح الهيكل هايبرلينس النهائي أقل من 1.5 نانومتر جذر متوسط مربع (r.m.s).

كنا TiO2 بدلاً من تي3س5 كعازل نظراً لأن كل المواد التي يكون الانكسار عالية أكثر من 2، تؤدي إلى التشتت القطعي فعالة عندما مكدسة مع الفضة. كما ورد في البروتوكول، قد هايبرلينس تتكون من Ag و TiO2 أداء رائعا في 410 نانومتر لأن علاقة تشتت متعدد الطبقات مكدسة من Ag و TiO2 منحنى تشتت قطعي، كما هو موضح الشكل 2b . من حيث المبدأ، يمكن أن تنتشر موجات مع مكونات عالية وافيفيكتور المكانية في وسيلة القطع زائد على طول اتجاه شعاعي هايبرلينس. وبعبارة أخرى، يمكن أن تنتشر الميزات الصغيرة وجود عناصر عالية التردد، والتي لا يمكن التقاطها بواسطة البصريات التقليدية، إلى ميدان بعيداً عن طريق هايبرلينس. الشكل 2 (ج) يبين توزيع الحقل المحاكاة في هايبرلينس استخدام أداة محاكاة عناصر محدودة (FEM). تصميم وخصائص المواد، والنانو المدرج لمحاكاة النموذج يتم تعيين مطابق تماما مع تلك التي هايبرلينس ملفقة. اثنين الثقوب 50 نانومتر في القطر هي المدرج في طبقة الكروم، مع مسافة 150 نانومتر. هو مضيئة في الجزء العلوي من هايبرلينس 410 نانومتر الضوء، والضوء من هايبرلينس يحتوي على الصورة المكبرة للكائن، حيث يتم تحديد نسبة التكبير بالنسبة بين نصف القطر الداخلي ونصف القطر الخارجي هايبرلينس. ويمكن التقاطها بعدسة الهدف التقليدي الصورة المكبرة للكائن الفرعي diffraction محدودة زمنياً وتصويرها.

قياس الصورة حيود غير محدود باستخدام هايبرلينس يتم من خلال نظام ضوئي بسيط. ويبين الشكل 3 ألف التخطيطي لنظام التصوير هايبرلينس. يمكن استخدام الفحص المجهري التقليدي كالمركزية، مع اختلافات طفيفة. المسار الإضاءة هو نوع الإرسال ويتم وضع مصدر الضوء الأبيض مع عامل تصفية ممر الموجه الصحيح. يتم جمع مكثف أو عدسة التركيز على ضوء الإضاءة وتسليمها إلى الطائرة الكائن. يتم وضع العينة على السطح الداخلي هايبرلينس في هايبرلينس التصوير النظام، بينما يتم وضع العينة على شريحة الزجاج في المجهر الضوئي التقليدية. الكائنات في هايبرلينس هي مضيئة، والصورة ثم تنتشر عن طريق هايبرلينس. أخيرا، يتم التقاط الصورة بعدسة الهدف وكاميرا CCD. ويبين الشكل 3bالنظام البصري تنفيذ هايبرلينس. مع مكونات إضافية بسيطة، مثل المصدر والتصفية، يمكن تنفيذها هايبرلينس بسهولة في نظام مجهر التقليدي.

يتم عرض الصور الحقيقية التقاطها عن طريق هايبرلينس في الشكل 4. الشكل 4a وتصور 4 د مجموعتين من الصور SEM الهياكل الفرعية للطول الموجي، تتألف من ثقب والخط المدرج في طبقة الكروم هايبرلينس. أحجام الفجوة من 160-180 نانومتر في كل حالة على حدة. في الفحص المجهري التقليدي، لا يمكن حل هذه الهياكل الفرعية حيود نظراً لحد الحيود. من ناحية أخرى، ملامح الصغيرة حل واضح مع هايبرلينس. الشكل 4b و 4e إظهار الصور الضوئية التي تم الحصول عليها باستخدام النظام القائم على هايبرلينس، وترد كثافة كروسسيكتيونيد (خط متقطع أحمر) في الشكل 4 ج و 4f، على التوالي. تظهر الرسوم البيانية الكثافة المقطعية فواصل من 363 و 346 شمال البحر الأبيض المتوسط (الشكل 4 ج) و 333 شمال البحر الأبيض المتوسط (الشكل 4f)، على التوالي، المقابلة بير 2.1، تحدد النسبة بين نصف القطر الداخلي والخارجي هايبرلينس.

Figure 1
رقم 1: التخطيطي لعملية تصنيع هايبرلينس. () يبدأ التلفيق مع إعداد رقاقة الكوارتز المكرر. (ب) على رقاقة الكوارتز، تودع كروم طبقة 100 نانومتر سميكة من خلال نظام تبخر شعاع إلكترون. (ج) جعل نمط قناع لعملية النقش الرطب، حفرة قطرها 50 نانومتر هي منقوشة على طبقة الكروم باستخدام التعزيز الطحن النظام. (د) الخواص رطب-النقش عملية تجري باستخدام طبقة الكروم. ويتكون شكل نصف كروي على رقاقة الكوارتز. (ه) يتم إزالة طبقة الكروم مع تنميش كروم. (و) على سطح الكرة هو متعدد الطبقات من Ag و TiO2 المودعة بالتناوب، بسمك 15 نانومتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: تلفيق ونتائج المحاكاة هايبرلينس- () "وزارة شؤون المرأة كروسسيكتيونيد" صورة هايبرلينس ملفقة. كل طبقة من Ag و TiO2 مع سمك nm 15 جيدا المودعة، مع التماثل، والخشونة هايبرلينس النهائي هو أقل من 1.5 التربيعي لقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع17. كفاف (ب) إيسوفريكوينسي هايبرلينس (الخط الأخضر) والمتوسطة الخواص (خط أرجواني). وقد هايبرلينس شكل الزائدي علاقة التشتت التي يمكن أن تروج للمكون عالية التردد (ميزات الصغيرة، أعلى من قيمة الوقف) إلى مجال بعيد. ومع ذلك، الخواص البصريات التقليدية مثل المتوسطة علاقة دائرية تشتت ولا يمكن أن تنتشر على مدى تواتر وقف إنتاج المواد الانشطارية. (ج) نتيجة المحاكاة هايبرلينس. وتبين النتيجة توزيع المجال المغناطيسي من ميزات الصغيرة داخل السطح الداخلي هايبرلينس. الكائن سوبديفراكشونال هو نشرها على ميدان بعيداً عن طريق هايبرلينس وتضخيم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: التصوير التخطيطي نظام ينفذ هايبرلينس. () بالضوء الأبيض ذات النطاق العريضيتم استخدام مصدر لإلقاء الضوء على العينة. يمر الضوء من خلال ممر الموجه مرشح، ويتم تحديد طول موجي معين للضوء. هنا، 410 نانومتر الضوء على ضوء الإضاءة. هايبرلينس ينفذ بسهولة على متن الطائرة الكائن، ومن خلال عدسة الهدف وكاميرا CCD حيث أنه يتم التقاط الكائن صغيرة على هايبرلينس. (ب) نظام التصوير بتنفيذ هايبرلينس. يستخدم جهاز مجهر مقلوب تقليدية كالمركزية، وتتم إضافة هايبرلينس لتصوير فائقة القرار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: نتيجة تلفيق ونتائج المحاكاة هايبرلينس17 . () وزارة شؤون المرأة صورة لكائن مع نقطتين مفصولة بواسطة بنية بند. كل نقطة بمسافات 180 نانومتر و 160 نانومتر. (ب) الضوئية الصورة التقاطها عن طريق هايبرلينس. كائن صغير في هايبرلينس تضخيم والتقاطها. الميزات الفرعية حيود محدودة يتم حلها. (ج) على طول خط متقطع أحمر، يتم قياس الشخصية كثافة كروسسيكتيونيد. إظهار التشكيلات الجانبية الكثافة المقطعية الفواصل من 363 و 346 شمال البحر الأبيض المتوسط. (د) وزارة شؤون المرأة صورة لكائن آخر، مع ثلاث نقاط 160 و 170 و 180 نيوتن متر من بعضها البعض. () الضوئية الصورة التقاطها عن طريق هايبرلينس. (و) كثافة كروسسيكتيونيد الشخصية من خط متقطع أحمر في (ه). التشكيل الجانبي للكثافة المقطعية يظهر فصل بين 333 شمال البحر الأبيض المتوسط. كثافة مستعرضة تقابل عامل التكبير X 2.1 من هايبرلينس. وقد تم تعديل هذا الرقم من ريفيفينسي17. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يتضمن تصنيع هايبرلينس ثلاث خطوات رئيسية: تعريف هندسة الكرة إلى الركيزة الكوارتز من خلال عملية النقش الرطب، التراص متعدد الطبقات العازلة للكهرباء والمعادن باستخدام نظام تبخر شعاع إلكترون، وإدراج الكائن في الطبقة Cr. أهم خطوة هي الثانية، نظراً لأنها يمكن أن تؤثر تأثيراً كبيرا على نوعية هايبرلينس. في عملية ترسيب الأغشية الرقيقة، وهناك اثنين من الشروط التي تتطلب رعاية خاصة لصورة فائقة حل واضح. التراص متعدد الطبقات في كونفورمالي واحدة من القضايا الحاسمة، كما الترسب غير امتثالي متعدد الطبقات ويؤدي إلى انحراف من كروية الشكل المثالي. إذا لم تكن ترسب الفيلم بطيء ما فيه الكفاية، سمك الفيلم في المركز والتي على حافة هندسة نصف الكرة الغربي تميل إلى تختلف بسبب طبيعة الزاوية التبخر شعاع الإلكترون. سمك الفيلم مختلفة مكانياً يثير التكبير تعتمد مكانياً، ويتسبب في تشويه الصورة. ولذلك، ينبغي أن معدل الترسيب في الفيلم بطيئة قدر الإمكان (أقل من 0.1 nm/s) لتحقيق متعدد الطبقات امتثالي.

هو عامل آخر المحتملة التي يمكن أن تبرز صورة ناقصة خشونة السطح، إذ يزيد احتمال تشتت الضوء من سطح خشن. وأفيد أن إدراج طبقة رقيقة من مادة السطح عالية الطاقة له أثر التبول، الحد بشكل كبير ترشيح من الفضة18. هنا، يعمل على الطبقة2 TiO كمواد ترطيب. فضة المودعة في الطبقة2 TiO يميل إلى أن يكون أبسط من المعتاد. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن تكون حالة فراغ أقل من 10-7 ميلليمتر زئبق طوال عملية الترسيب لمتعدد الطبقات بل وسلس. يمكنك أيضا جعل التكتل فضة خلال التبخر شعاع الإلكترون الخام السطحية. حيث يتم منعها التكتل في درجات حرارة منخفضة، يمكن أن يؤديها ترسب الفيلم في الظروف المبردة التي تسيطر عليها النتروجين السائل. بعد ترسيب الأغشية الرقيقة، درسنا خشونة السطح الهيكل ملفقة لضمان سلاسة السطح باستخدام فؤاد وأكدت أن خشونة السطح أقل من 1.5 نانومتر.

حتى إذا كان يتم التحكم بعناية في كل هذه الشروط الثلاثة، صورة مثالية لا يمكن الحصول عليه، حتى في ظل التصنيع المثالية. أولاً، كما هو الحال مع أي الأخرى التقليدية النظام البصري، هايبرلينس الضوئية النظام القائم، الذي يشمل هايبرلينس والتقليدية عالية-نا البصريات، ويخضع الانحرافات التقليدية، مثل الانحرافات كروي. أيضا، على الرغم من أن تمكين هياكل كروية من هايبرلينس تصوير ثنائي الأبعاد فائقة القرار تحت ضوء أونبولاريزيد، هندسة كروية تثير الانحرافات. على سبيل المثال، عندما الكائن يتكون من اثنين من الثقوب وفتحه المدرج في طبقة Cr، فليست على نفس الطائرة الكائن. ولذلك، أحد الكائنات التي يمكن في التركيز في حين البعض الآخر لا. هذا التركيز الجزئي تنبع أيضا من الخلافات العينة والمحور البصري لتصوير عالية-نا اللاحقة. وبصرف النظر عن هذا القرار تعتمد على المكانية، لاحظ طمس إضافية بسبب تأثير هامشية، والتي تنبع من تماسك المتبقية في ضوء الإضاءة.

وعلاوة على ذلك، يحد انهيار تقريب متوسطة فعالية القرار. لموجات مكون ناقل موجه عرضية الذي كبير جداً مقارنة بالطول الموجي فراغ، الطول الموجي الفعالة في هايبرلينس يصبح أصغر، وفي وقت ما أن تصبح قابلة للمقارنة لسمك الفيلم. ولذلك، تقريب متوسطة فعالة غير صالحة بعد الآن. مع اقتراب الطول الموجي الفعالة 2d، حيث d هو سمك الطبقات، منحنى تشتت ينحرف كثيرا عن الشكل القطعي، ولا يمكن أن تنتشر الأمواج. ويحد هذا القرار ضمن 60 نانومتر للنظام القائم على هايبرلينس محددة هو موضح هنا. وينبغي أن نذكر أيضا أنه، على الرغم من أن يسلم هايبرلينس الصور في ميدان البعيدة، ينبغي وضع الكائن في قرب من ميدان. خلاف ذلك، لا يمكن الوصول إلى موجات زائل تحمل الميزات الفرعية حيود المتوسطة القطعي.

وعلى الرغم من القيود الأساسية على القرار هايبرلينس، نجحنا في تحسين جودة التصوير عن طريق محاكاة هيكل كروية سلسة والكمال هايبرلينس. واجهة السلس يضمن تشتت أقل وأقل تشويه الصورة، بينما هيكل الامتثالي يقلل انحراف المكانية تعتمد على. وعلاوة على ذلك، منذ القرار فائقة التصوير باستخدام هايبرلينسيس ينشأ من علاقة التشتت غير عادية، فحر من الانتفاع بالأسفار أو آليات أخرى معقدة، مثل أسلوب العشوائية. ونتيجة لذلك، لا يتطلب تجهيز هايبرلينس ويجعل من الممكن التصوير في الوقت الحقيقي. أنها أيضا لا تنطوي على عناصر تجريبية معقدة، تعمل كوحدة نمطية لبصريات التي يمكن بسهولة أن تكون متكاملة مع إعداد بصريات تقليدية، كما هو موضح. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام عملية غشاء رقيق لكومة مجموعة واسعة من المواد، مع سمك يمكن السيطرة عليها على نطاق نانومتر. ولذلك، يمكن ملفقة هايبرلينس العمل في نظام مختلفة الطول موجي باستخدام مواد مختلفة.

نقدم هنا، عملية تصنيع هايبرلينس وبه الإعداد الضوئية للتصوير. نحن التقرير أيضا تجريبيا حيود الفرعية خالية من تسمية الصور في الوقت الحقيقي باستخدام نظام ضوئي على أساس هايبرلينس. منذ هايبرلينس هندسة كروية بسيط، هناك أخرى درجات الحرية للحد من القيود في بيئة التصوير. على سبيل المثال، يمكننا تحسين التطبيق العملي عن طريق اعتماد أسلوب تصنيع قابلة أو توسيع متعددة الاستعمالات بإضافة خطوات إضافية لتلفيق لتمكين في المختبر التصوير التطبيقات. وسيتيح استخدام هايبرلينسيس العلماء لمراقبة ديناميات الفيزيائية التي تحدث في النانو في الوقت الحقيقي. يمكن أن يعتبر الجيل التالي من منصة التصوير القرار فائقة، لاستخدامها في تطبيقات مختلفة مثل علم الأحياء والعلوم الطبية، والمواد الهندسية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب يعلن أن لديهم لا تضارب المصالح المالية.

Acknowledgements

هذا العمل تدعمه ماليا "المحقق الشباب" برنامج (جبهة الخلاص الوطني-2015R1C1A1A02036464)، وبرنامج مركز البحوث الهندسية (جبهة الخلاص الوطني-2015R1A5A1037668) و "الحدود العالمية" برنامج (كم-2014M3A6B3063708)، وتقر أ عضو الكنيست، س. س.، "دكتوراه العالمية" عن طريق المنح الوطنية بحوث مؤسسة من كوريا (جبهة الخلاص الوطني) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات ومستقبل التخطيط (مسيب) من الحكومة الكورية زمالة (جبهة الخلاص الوطني-2017H1A2A1043204، 2017H1A2A1043322-جبهة الخلاص الوطني، جبهة الخلاص الوطني-2016H1A2A1906519).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Focused Ion Beam milling machine FEI Helios Nanolab G3 CX
E-beam evaporation system Korea Vacuum Tech KVE-E4000
Scanning electron microscopy Hitachi SU6600
Inverted microscopy Zeiss Axiovert 200
Light source EXCELITAS Technologies X-Cite 110 LED
Band pass filter Chroma ET405/30M
Objective lens Zeiss Plan-Apochromat NA=1.3, 100X
CCD camera Andor Zyla 4.2
Quartz wafer CORNING Fused Silica Corning 7980
Buffered oxide etchant J.T Baker TM J.T.Baker 5175
Photoresist AZ electronic materials GXR-601 PR
Chromium etchant SIGMA-ALDRICH 651826
Aceton J.T Baker TM UN1090
Isopropyl alcohol J.T Baker TM UN1219
FEM simulation tool COMSOL 5.1 Multiphysics

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Abbe, E. Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung. Archiv für mikroskopische Anatomie. 9, (1), 413-418 (1873).
  2. Dürig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. Near-field optical-scanning microscopy. J Appl Phys. 59, (10), 3318-3327 (1986).
  3. Pendry, J. B. Negative Refraction Makes a Perfect Lens. Phys Rev Lett. 85, (18), 3966-3969 (2000).
  4. Fang, N., Liu, Z., Yen, T. -J., Zhang, X. Regenerating evanescent waves from a silver superlens. Opt Express. 11, (7), 682-687 (2003).
  5. Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens. Science. 308, (5721), 534-537 (2005).
  6. Melville, D. O. S., Blaikie, R. J. Super-resolution imaging through a planar silver layer. Opt Express. 13, (6), 2127-2134 (2005).
  7. Taubner, T., Korobkin, D., Urzhumov, Y., Shvets, G., Hillenbrand, R. Near-Field Microscopy Through a SiC Superlens. Science. 313, (5793), 1595-1595 (2006).
  8. Jacob, Z., Alekseyev, L. V., Narimanov, E. Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit. Opt Express. 14, (18), 8247-8256 (2006).
  9. Lee, H., Liu, Z., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Development of optical hyperlens for imaging below the diffraction limit. Opt Express. 15, (24), 15886-15891 (2007).
  10. Liu, Z., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects. Science. 315, (5819), 1686-1686 (2007).
  11. Kim, M., Rho, J. Metamaterials and imaging. Nano Converg. 2, (1), 22 (2015).
  12. Byun, M., et al. Demonstration of nanoimprinted hyperlens array for high-throughput sub-diffraction imaging. Sci Rep. 7, 46314 (2017).
  13. Shekhar, P., Atkinson, J., Jacob, Z. Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications. Nano Converg. 1, (1), 14 (2014).
  14. Liu, L., et al. Sub-diffraction demagnification imaging lithography by hyperlens with plasmonic reflector layer. RSC Advances. 6, (98), 95973-95978 (2016).
  15. Sun, J., Xu, T., Litchinitser, N. M. Experimental demonstration of demagnifying hyperlens. Nano Lett. 16, (12), 7905-7909 (2016).
  16. Kim, M., et al. Deep sub-wavelength nanofocusing of UV-visible light by hyperbolic metamaterials. Sci Rep. 6, 38645 (2016).
  17. Rho, J., et al. Spherical hyperlens for two-dimensional sub-diffractional imaging at visible frequencies. Nat Commun. 1, 143 (2010).
  18. Chen, W., et al. Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer. Opt Express. 18, (5), 5124-5134 (2010).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics