Demonstração de um microscópio integrado Hyperlens e super resolução imagem

* These authors contributed equally
Engineering

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Summary

O uso de um hyperlens tem sido considerado como uma técnica de imagem de romance Super-resolução devido a suas vantagens na geração de imagens em tempo real e sua implementação simples com fibra óptica convencional. Aqui, apresentamos um protocolo descreve a fabricação e aplicativos de um esférico hyperlens de imagem.

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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).

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Abstract

O uso de super resolução de imagem para superar o limite de difração de microscopia convencional tem atraído o interesse de pesquisadores em biologia e nanotecnologia. Embora superlenses e microscopia de campo próximo melhoraram a resolução na região de campo próximo, distante-campo imagem em tempo real permanece um desafio significativo. Recentemente, o hyperlens, o que amplia e converte ondas evanescentes em ondas de propagação, surgiu como uma nova abordagem para longe-campo de imagem. Aqui, nós relatamos a fabricação de um hyperlens esférica composta alternando camadas finas de titânio óxido (TiO2) e prata (Ag). Ao contrário de um hyperlens cilíndricos convencionais, o esférico hyperlens permite ampliação bidimensional. Assim, a incorporação em microscopia convencional é simples. Propõe-se um novo sistema ótico integrado com o hyperlens, permitindo uma imagem de comprimento de onda sub obtidos na região de campo distante em tempo real. Neste estudo, a fabricação e os métodos de instalação de imagem são explicados em detalhes. Este trabalho também descreve a acessibilidade e a possibilidade do hyperlens, bem como aplicações práticas de geração de imagens em tempo real em células vivas, o que pode levar a uma revolução na biologia e nanotecnologia.

Introduction

Um desejo de observar biomoléculas em células vivas conduziu à invenção da microscopia e o advento da microscopia propagada a revolução de vários campos, tais como a biologia, patologia e ciência de materiais, nos últimos séculos. No entanto, mais avanço da pesquisa foi restringido por difração, o que limita a resolução dos microscópios convencionais, a aproximadamente metade do comprimento de onda1. Portanto, Super resolução de imagem para superar o limite de difração tem sido uma área de pesquisa interessante nas últimas décadas.

Como o limite de difração é atribuído à perda das ondas evanescentes que contêm informações de comprimento de onda secundário em objetos, primeiros estudos foram realizados para impedir ondas evanescentes sumindo ou de recuperá-los de2,3. O esforço para superar o limite de difração foi primeiramente relatado com microscopia óptica, que recolhe o campo evanescente em estreita proximidade com o objeto antes que seja dissipada2perto de campo. No entanto, como a digitalização da região de toda a imagem e reconstruindo o leva um longo tempo, não pode ser aplicada para geração de imagens em tempo real. Embora outra abordagem baseada em "superlenta," que amplifica as ondas evanescentes, fornece a possibilidade de geração de imagens em tempo real, imagem de comprimento de onda sub só é capaz na região de campo próximo e não posso chegar muito além os objetos4, 5 , 6 , 7.

Recentemente, a hyperlens surgiu como uma nova abordagem para tempo real consideravelmente-campo óptico de imagem8,9,10,11,12. O hyperlens, que é feito de metamateriais hiperbólica altamente anisotrópico13, apresenta uma dispersão plana hiperbólica para que suporta alta informação espacial com a mesma velocidade de fase. Além disso, devido a lei de conservação de impulso, o vetor de onda transversal elevada gradualmente é comprimida como a onda atravessa a geometria cilíndrica. Esta informação ampliada, portanto, pode ser detectada por um microscópio convencional na região de campo distante. Isto é de particular importância para a imagem latente de longe-campo em tempo real, como não exige qualquer reconstrução de digitalização ou imagem de ponto-a-ponto. Além disso, o hyperlens pode ser usado para aplicações que não sejam imagens, incluindo Nanolitografia. Luz que passa através do hyperlens na direção inversa será focado em uma área de difração sub devido a simetria do tempo invertido14,15,16.

Aqui, nós relatamos em um hyperlens esférica que amplia a informação bidimensional na frequência visível. Ao contrário de geometria cilíndrica convencional, o esférico hyperlens amplia objetos em duas dimensões laterais, facilitando as aplicações práticas da imagem latente. O método de fabricação e instalação de imagens com o hyperlens são apresentadas em detalhes para a reprodução de um hyperlens de alta qualidade. Um objeto secundário de comprimento de onda está inscrita no hyperlens para o bem provando seu poder de super-resolução. Confirma-se que pequenas características de objetos inscritos são ampliadas pelo hyperlens. Assim, obtêm-se imagens claramente resolvidas, na região de campo distante em tempo real. Este novo tipo de hyperlens esféricas, com sua facilidade de integração com microscopia convencional, oferece a possibilidade de aplicações práticas da imagem latente, levando ao amanhecer de uma nova era em biologia e Patologia geral nanociência.

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Protocol

1. preparo do substrato

  1. obter altamente refinado da bolacha de quartzo. Para a fabricação relatada aqui, use uma bolacha com uma espessura de 500 µm.
  2. S
  3. spin-casaco a bolacha de quartzo com um positivo fotorresiste a 2.000 rpm e asse por 60 a 90 ° C.
    Nota: A camada de fotorresiste positivo é revestida para evitar danos durante a etapa de corte posterior.
  4. Usar uma máquina de corte em cubos para cortar pequenos pedaços de 20 x 20 mm 2 no tamanho da pastilha com fotorresiste.
  5. Explodir usando uma arma de nitrogênio comprimido para remover as partículas resultantes da etapa de corte.
  6. Colocá-lo em um banho ultra-sônico em água desionizada de (DI) durante 5 min à 45 ° C. Remove a camada de fotorresiste usando banho de ultra-sons em acetona durante 5 min à 45 ° C. limpar o substrato usando dois banhos ultrassônicos, acetona e álcool isopropílico, cada um por 5 min em 45 ° C.
  7. Secar o substrato com uma arma de nitrogênio comprimido.

2. Gravura a máscara padrão

sistema de evaporação de feixe de substratos de quartzo
  1. carga a limpo em um elétron de alto vácuo. Certifique-se de que a rotação do substrato está habilitada.
  2. Depositar a camada de cromo com uma taxa de deposição de 2 Å/s.
    Nota: Uma camada de pelo menos 100 nm de espessura deve ser depositada para a máscara de gravura evitar furos feitos de deposição.
  3. Pressione o botão de ventilação para a câmara de ventilação e montar uma amostra sobre o titular do feixe (FIB) de íon focalizado usando conduzindo a fita de cobre.
  4. Carregar o titular FIB na câmara FIB.
  5. Fechar a porta da câmara e pressione o botão da bomba para evacuar a câmara de.
  6. Selecionar " feixe na " sob a guia de controle do feixe e conjunto o íon feixe corrente (7.7 pA) e a tensão de aceleração (30 kV) para modo de FIB.
  7. Ligar o sistema de feixe de iões.
  8. Selecionar " feixe na " sob a guia de controle do feixe para ativar o feixe de elétrons e focar a imagem com baixa ampliação usando software.
  9. Definir a distância de trabalho (WD) em 4 mm sob a aba de navegação no modo de microscópio eletrônico de varredura (MEV).
  10. Definir o ângulo de inclinação do titular a 52° e levar as imagens SEM em diferentes ampliações antes fabricação de padrão do buraco matriz máscara.
  11. Sob a guia de padronização, escolha a região de padronização e fazer uma matriz de furo 50 nm sobre a camada de cromo.
    Nota: Existem simples ferramentas acessíveis sob a guia de padronização de padronização. Controle de exposição e geometria mais complexo pode ser conseguido importando bitmaps ou gerar scripts de.
  12. Depois de terminar, desligar o feixe de elétrons e feixes de iões sistemas e esfriar o sistema.
  13. Pressione o botão de ventilação e ventilação da câmara com gás nitrogênio. Tirar o titular da câmara de.
  14. Fechar a porta da câmara e evacuar a câmara pressionando o botão da bomba.

3. Molhado-gravura, processo e remoção da camada de máscara

  1. colocar o substrato modelado em 01:10 em buffer óxido ácido 5 min.
    Nota: O quartzo é seletivamente e isotropicamente molhado-gravadas pelo condicionador e constitui uma forma esférica. A forma da lente pode ser obtida com a máscara de gravura, e o diâmetro é controlado precisamente pelo tempo de condicionamento. Uma melhor forma esférica pode ser formada com um diâmetro menor do padrão. Um hemisfério de 1,5 µm de diâmetro pode ser obtido dentro de 5 min.
  2. Colocar o substrato modelado em DI água para limpar o condicionador de óxido tamponada (5 min, duas vezes).
    Nota: No buffer óxido ácido pode ser perigoso, portanto, tenha cuidado ao usar este condicionador.
  3. Secar a amostra com gás nitrogênio comprimido.
  4. Colocar o substrato modelado em condicionador de cromo CR-7 para remover a camada de máscara cromo.
    Nota: Depois de remover a camada de cromo, um substrato modelado esférico 1,5 µm de diâmetro podem ser obtidos.
  5. Colocar o substrato modelado em DI água para limpá-lo (5 min).

4. Deposição de multicamadas e nanométricas objeto inscrição

Nota: um par de camadas são depositadas sobre o substrato de quartzo esférico. Aqui, Ag e TiO 2 são usados como os materiais de deposição. AG e TiO 2 são depositados alternadamente em uma espessura de 15 nm.

  1. Pressione o botão de ventilação do sistema de evaporação feixe de elétron e esperar até que a ventilação acabou.
  2. Carregar o substrato modelado em um sistema de evaporação de feixe de elétrons de alto vácuo após o respiradouro.
  3. Fechar a porta da câmara e evacuar a câmara a um grau de vácuo de 10 -7 Torr, pressionando o botão da bomba.
    Nota: A condição de vácuo deve ser mantida em 10 -7 Torr para reduzir a dispersão da rugosidade da superfície.
  4. Depositar a camada de Ag com uma taxa de crescimento de 1 Å / s e depositar uma camada de Ag 15 nm de espessura.
  5. Após a deposição de camada de Ag, arrefecer o substrato para a 5 min.
  6. Mudar o bolso do sistema de evaporação de feixe de elétrons, escolhendo outro cadinho e depositar a TiO 2 camadas com uma taxa de crescimento de 1 Å/s. o depósito de uma camada de 2 TiO nm de espessura 15.
    Nota: Durante o processo de deposição, a taxa de crescimento de filme é mantida baixa para manter a uniformidade da rugosidade da superfície.
  7. Após a deposição da camada 2 TiO, arrefecer o substrato para a 5 min.
  8. Repita etapas 4.4-4,7 para dezenas de ciclos para depositar uma multicamadas de Ag e TiO 2.
    Nota: neste ponto, a fabricação de hyperlens acabou. O próximo passo é para fazer um recurso de sub-diffraction-limited arbitrário para testar a capacidade de imagem hyperlens. Nanômetros de tamanho aberturas e fendas são inscritos pela trituração de FIB.
  9. Mudar o bolso do sistema de evaporação de feixe de elétrons e depositar a camada de cromo em uma espessura de 50 nm.
  10. Após a deposição de uma camada de Cr, desligue o sistema de evaporação de feixe de elétrons. Pressione o botão de ventilação e a câmara de ventilação através da introdução de gás nitrogênio.
  11. Após o respiradouro, abra a porta da câmara e pegue o suporte de montagem fora da câmara. Retirar o dispositivo fabricado hyperlens.
  12. Fechar a porta da câmara e evacuar a câmara pressionando o botão da bomba.
  13. Montar o hyperlens depositados com cromo em sistema de moagem a FIB e uma estrutura de tamanho nano, pelo fabricante do teste padrão ' instruções de s.

5. Ajuste acima o Imaging System e procedimento Imaging

  1. lugar um convencional microscópio óptico de transmissão-tipo na mesa óptica.
    Nota: Aqui, um microscópio óptico invertido foi usado como o principal corpo.
  2. Se conectar a uma fonte de luz branca para o caminho de iluminação do microscópio usando um adaptador.
  3. Colocar um filtro óptico passa-banda centrado em 410 nm.
    Nota: O filtro passa-banda seletivamente penetra o comprimento de onda específico de luz; aqui, luz de nm 410 é iluminado na amostra. Um hyperlens consistindo de Ag e TiO 2 tem alto desempenho em um comprimento de onda nm 410. O resultado de simulação ( Figura 2C) mostra o desempenho da hyperlens, que satisfaça a relação de dispersão hiperbólica em 410 luz nm.
  4. Selecione uma óleo de alta ampliação-imersão da lente objetiva. Use uma câmera CCD de alta qualidade para obter as imagens.
    Nota: Esta definição óptica só coloca a proibiçãodpass filtro para o caminho de iluminação para classificar para fora a luz de comprimento de onda 410 nm. Comprimento de onda específico de luz pode ser iluminado com a amostra sem o uso de luz branca, mas em um laboratório normal, microscópios ópticos podem ter uma fonte de luz branca para a observação de amostras através de campo claro ou fluorescência imagens.
  5. Coloque uma gota de óleo de imersão sobre a lente objetiva. Coloque um hyperlens sobre as amostra palco e captura de imagens.
    Nota: Os objetos nanométricas inscritos na superfície interna do hyperlens podem ser iluminados com luz de nm 410. Com o hyperlens, os objetos nanométricas serão ampliados e capturados pela lente objetiva e fotografados por uma câmera CCD.

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Representative Results

A capacidade do dispositivo hyperlens de resolver características de difração sub baseia-se na sua uniformidade e em uma alta qualidade fabricação. Aqui, um hyperlens é composto por uma multicamadas de Ag e TiO2 depositado alternadamente. Figura 2a mostra a imagem SEM um bem-feito hyperlens17. A imagem transversal mostra que o multicamada de Ti e Ag3O5 filme fino é depositada com uma espessura uniforme sobre o substrato de quartzo hemisférica. A rugosidade da superfície da estrutura final hyperlens é menos de 1.5 nm raiz quadrada (r.m.s).

Usamos TiO2 em vez de Ti3O5 como um dielétrico... desde que ambos os materiais, que têm altos índices de refracção mais 2, dar origem a dispersão hiperbólica eficaz quando empilhado com prata. Como mencionado no protocolo, um hyperlens consistindo de Ag e TiO2 tem um grande desempenho a 410 nm porque a relação de dispersão da multicamada empilhada de Ag e TiO2 tem uma curva hiperbólica de dispersão, como mostrado Figura 2b . Em princípio, ondas com componentes do vetor de onda espacial alta podem propagar em um meio tão hiperbólico ao longo da direção radial do hyperlens. Em outras palavras, as pequenas características tendo componentes de alta frequência, que não podem ser capturados por óptica convencional, podem propagar ao longe-campo através do hyperlens. C da Figura 2 mostra a distribuição de campo simulado no hyperlens usando uma ferramenta de simulação de elementos finitos (FEM). O projeto, propriedades dos materiais e nanoestruturas inscritas do modelo de simulação são definidas identicamente com as da hyperlens fabricados. Dois furos 50 nm de diâmetro estão inscritos na camada de cromo, com uma distância de 150 nm. Topo do hyperlens é iluminado pela luz de nm 410, e a luz do hyperlens contém a imagem ampliada do objeto, onde a ampliação é determinada pelo quociente entre o raio interno e o raio exterior do hyperlens. A imagem ampliada do objeto sub-diffraction limitado pode ser capturada por uma lente objetiva convencional e fotografada.

A medida da difração-ilimitado imagem usando um hyperlens é realizada através de um sistema óptico simples. A figura 3a mostra o diagrama esquemático do sistema de imagem hyperlens. Microscopia convencional pode ser usada como um mainframe, com ligeiras diferenças. O caminho da iluminação é o tipo de transmissão e a fonte de luz branca é colocada com um filtro passa-banda adequada. A luz de iluminação é coletada por um condensador ou lente de focalização e entregue ao plano do objeto. A amostra é colocada na superfície interna do hyperlens em um hyperlens de imagem de sistema, enquanto que a amostra é colocada no vidro do slide em microscopia óptica convencional. Os objetos do hyperlens são iluminados, e a imagem, então, propaga-se através do hyperlens. Finalmente, a imagem é capturada por uma lente objetiva e uma câmera CCD. O sistema óptico hyperlens-implementado é mostrado na Figura 3b. Com simples componentes adicionais, como uma fonte e um filtro, o hyperlens facilmente pode ser implementado em um sistema de microscópio convencional.

As imagens reais capturadas por meio de um hyperlens são mostradas na Figura 4. Figura 4a e 4D retratam dois conjuntos de imagens de estruturas de comprimento de onda secundário, consistindo de um buraco e linha inscrito na camada de cromo do hyperlens SEM. Os tamanhos de abertura são de 160-180 nm em cada caso. Em microscopia convencional, essas estruturas de difração sub não podem ser resolvidas por causa do limite de difração. Por outro lado, as pequenas características são claramente resolvidas com o hyperlens. Figura 4b e 4e mostrar as imagens ópticas obtidas usando o sistema baseado em hyperlens, e os perfis de intensidade seccionadas (tracejado vermelho) são mostrados na Figura 4 c e 4f, respectivamente. Gráficos de intensidade transversal mostram separações de 363 e 346 nm (Figura 4C) e 333 nm (Figura 4f), respectivamente, correspondente a uma ampliação de 2.1, definido pelo quociente entre o raio interno e externo do hyperlens.

Figure 1
Figura 1: esquemático do processo de fabricação de Hyperlens. (um) a fabricação começa com a preparação da bolacha de quartzo refinado. (b) sobre a bolacha de quartzo, um cromo camada 100 nm grossa é depositado por um sistema de evaporação de feixe de elétrons. (c) tornar-se um padrão de máscara para um processo molhado-gravura, um buraco de 50 nm de diâmetro é modelado sobre a camada de cromo, utilizando um sistema de moagem de FIB. (d) uma molhado-gravura isotrópica processo é realizado usando a camada de cromo. Uma forma hemisférica é formada sobre a bolacha de quartzo. (e) a remoção da camada de cromo é feita com um condicionador de cromo. (f) na superfície hemisférica é uma multicamadas de Ag e TiO2 alternadamente, depositada com uma espessura de 15 nm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: fabricação e os resultados da simulação do Hyperlens. (um) Cross-sectioned SEM imagem do hyperlens fabricado. Cada camada de Ag e TiO2 com uma espessura de 15 nm é bem depositada, com a uniformidade e a aspereza dos hyperlens final é menos de 1.5 r.m.s Esta figura foi modificada da referência17. (b) Isofrequencial contorno do meio isotrópico (linha roxa) e hyperlens (linha verde). O hyperlens tem uma forma hiperbólica de relação de dispersão pode propagar o componente de alta frequência (características pequenas, superiores ao valor de Cut-off) para o campo distante. No entanto, isotrópica óptica convencional de médio, como tem uma relação de dispersão circular e não pode propagar-se sobre a frequência de corte. (c) resultado da simulação do hyperlens. O resultado mostra a distribuição de campo magnético de pequenas características dentro da superfície interna hyperlens. O objeto sub-diffractional é ampliado e propagado para o campo distante através do hyperlens. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: imagem esquemática do sistema implementado Hyperlens. (um) A banda larga branco-luzfonte é usada para iluminar a amostra. A luz passa através do filtro passa-banda, e um comprimento de onda específico de luz está seleccionado. Aqui, 410 nm de luz é usada como a luz de iluminação. O hyperlens é implementada facilmente no avião objeto e através da lente objetiva e a câmera CCD para que o pequeno objeto sobre a hyperlens é capturado. (b) Hyperlens-implementado sistema de imagem. Um corpo convencional microscópio invertido é usado como um computador central, e o hyperlens é adicionado para a imagem latente de super-resolução. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: resultado da fabricação e os resultados da simulação do Hyperlens17 . (um) SEM imagem de um objeto com dois pontos separados por uma estrutura de linha. Cada ponto tem distâncias de 180 nm e 160 nm. (b) óptica imagem capturada através da hyperlens. O pequeno objeto na hyperlens é ampliado e capturado. As características de sub difração limitada são resolvidas. (c) ao longo da linha tracejada vermelha, mede-se o perfil de intensidade seccionadas. Os perfis transversais intensidade Visualizar separações de 363 e 346 nm. (d) imagem SEM de outro objeto, com três pontos, 160, 170 e 180 nm do outro. (e) óptica imagem capturada através da hyperlens. (f) o perfil de intensidade seccionadas da linha tracejada vermelha em (e). O perfil de intensidade transversal mostra uma separação de 333 nm. Perfis transversais intensidade correspondem a 2.1 fator de ampliação de X do hyperlens. Esta figura foi modificada de refefence17. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

A fabricação de um hyperlens inclui três etapas principais: definição de geometria hemisférica no substrato de quartzo, através de um processo molhado-gravura, empilhando a metal e dielétrica multicamada usando um sistema de evaporação de feixe de elétrons e inscrever o objeto na camada de Cr. O passo mais importante é o segundo, desde que possa afetar significativamente a qualidade do hyperlens. No processo de deposição de película fina, há duas condições que exigem cuidados especiais para uma imagem clara super resolvida. Empilhamento a multicamada com é uma das questões cruciais, como a deposição não-conformal da multicamada conduz a uma divergência da forma esférica perfeita. Se a deposição de filmes não é suficiente, diminuir a espessura da película no centro e que na borda da geometria hemisférica tendem a ser diferentes devido à natureza angular de evaporação por feixe de elétrons. A espessura da película espacialmente diferentes dá origem a ampliação espacialmente dependente e faz com que a distorção da imagem. Portanto, a taxa de deposição de filme deve ser como lento quanto possível (menos de 0,1 nm/s) para alcançar uma conformal multicamadas.

Outro possível fator que pode trazer uma imagem imperfeita é a aspereza de superfície, desde que uma superfície áspera aumenta a probabilidade de dispersão da luz. Tem sido relatado que a inclusão de uma camada fina de um material de superfície de alta energia tem um efeito umectante, reduzindo drasticamente a percolação de prata18. Aqui, a TiO2 camada funciona como o material de umectação. Prata depositada na camada2 TiO tende a ser mais plana do que o habitual. Além disso, a condição de vácuo deve ser inferior a 10-7 Torr durante todo o processo de deposição de uma mesmo e alisa multicamadas. Aglomeração de prata durante a evaporação de feixe de elétrons também pode tornar a superfície áspera. Desde que a aglomeração é suprimida a baixas temperaturas, a deposição de filmes pode ser executada em condições criogênicas, controladas por nitrogênio líquido. Após a deposição do filme fino, examinou a rugosidade da superfície da estrutura fabricada para garantir a superfície lisa usando AFM e confirmou que a rugosidade da superfície é menos de 1.5 nm.

Mesmo se todas as três condições são cuidadosamente controladas, uma imagem perfeita é inalcançável, mesmo sob fabricação ideal. Primeiro, como com qualquer outro convencional sistema óptico, sistema óptico baseado em hyperlens, que inclui hyperlens e óptica de alta-at convencional, está sujeita a aberrações convencionais, tais como as aberrações esféricas. Além disso, apesar de estruturas esféricas do hyperlens habilitar imagens bidimensionais Super-resolução sob luz unpolarized, a geometria esférica dá origem a aberrações. Por exemplo, quando o objeto é composto de dois furos e uma fenda inscrito na camada de Cr, eles não são o mesmo avião de objeto. Portanto, um dos objetos pode estar em foco, enquanto os outros não são. Esta focagem parcial também origina a discordância da amostra e o eixo óptico da imagem de alta-NA subsequente. Além desta resolução espacial dependente, ofuscamento adicional é observado devido ao efeito de franja, que decorre a coerência residual à luz de iluminação.

Além disso, a repartição da aproximação eficaz média limita a resolução. Para ondas cujo componente do vetor de onda transversal é muito grande em comparação com o comprimento de onda de vácuo, o comprimento de onda efetivo no hyperlens torna-se menor, e às vezes torna-se comparável à espessura do filme. Portanto, aproximação média eficaz já não é válida. Como o comprimento de onda efetivo se aproxima 2d, onde d é a espessura das camadas, a curva de dispersão diverge consideravelmente a forma hiperbólica, e não podem propagar as ondas. Isso limita a resolução dentro de 60 nm para o sistema baseado em hyperlens específico mostrado aqui. Também devemos mencionar que, embora o hyperlens proporciona imagens em campo distante, o objeto deve ser colocado em um campo próximo. Caso contrário, ondas evanescentes carregando características de difração sub não podem alcançar o meio hiperbólico.

Apesar das limitações fundamentais para a resolução do hyperlens, conseguimos melhorar a qualidade de imagem imitando a estrutura esférica suave e perfeita do hyperlens. A interface suave garante menor dispersão e menos distorção de imagem, enquanto a estrutura conformal reduz a aberração espacial-dependente. Além disso, uma vez que a imagem de super-resolução usando hyperlenses origina-se a relação de dispersão extraordinária, é livre do uso da fluorescência ou outros mecanismos complicados, tais como o método estocástico. Por conseguinte, um hyperlens não requer pós-processamento e possibilita a geração de imagens em tempo real. Também não envolve componentes experimentais intrincados, trabalhando como um módulo de sistema ótico que pode ser facilmente integrado com uma configuração óptica convencional, conforme demonstrado. Além disso, processo de filme fino pode ser usado para empilhar uma ampla gama de materiais, com a espessura controlável em escala nanométrica. Portanto, um hyperlens trabalhando em um regime de comprimento de onda diferentes podem ser fabricados usando materiais diferentes.

Aqui, apresentamos o processo de fabricação de um hyperlens e sua configuração óptica para a imagem latente. Relatamos também experimentalmente imagens de difração sub rótulo livre em tempo real, usando um sistema óptico baseado em hyperlens. Desde que o hyperlens tem uma geometria esférica simples, existem outros graus de liberdade para reduzir restrições no ambiente de geração de imagens. Por exemplo, podemos melhorar a praticidade através da adopção de um método de fabricação escalável ou expandir sua versatilidade adicionando etapas adicionais para fabricação para habilitar em vitro aplicativos de imagem. O uso de hyperlenses permitirá aos cientistas observar dinâmica biofísica que ocorrem em escala nanométrica em tempo real. Pode ser considerada a próxima geração da plataforma de imagem super resolução, para uso em diversas aplicações, tais como a biologia, medicina e engenharia de materiais.

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Disclosures

Os autores declaram que eles têm não tem interesses financeiro concorrente.

Acknowledgements

Este trabalho é apoiado financeiramente pelo programa jovem investigador (NRF-2015R1C1A1A02036464), programa do centro de pesquisa de engenharia (NRF-2015R1A5A1037668) e programa de fronteira Global (CAMM-2014M3A6B3063708), M.K., S.S., I.K. reconhece o pH.d. Global Bolsas (NRF-2017H1A2A1043204,-2017H1A2A1043322, NRF NRF-2016H1A2A1906519), através da concessão de pesquisa nacional Fundação da Coreia (NRF) financiado pelo Ministério da ciência, TIC e futuro planejamento (MSIP) do governo coreano.

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

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