Name: demonstration of a hyperlens-integrated microscope and super-resolution imaging
Uploaded: 2017-09-08T11:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging at JoVE.com

Dette arbeidet er økonomisk støttet av unge etterforsker programmet (NRF-2015R1C1A1A02036464), Engineering Research Center program (NRF-2015R1A5A1037668) og Global Frontier programmet (CAMM-2014M3A6B3063708), MK, S.S., dermed erkjenner den globale Ph.D. Stipend (NRF-2017H1A2A1043204, NRF-2017H1A2A1043322, NRF-2016H1A2A1906519) gjennom National Research Foundation av Korea (NRF) stipendet finansiert av departementet for vitenskap, IKT og fremtiden planlegging (MSIP) av koreanske regjeringen.

1. substratet <ol><li>motta svært raffinert kvarts wafer. For fabrikasjon rapporterte her, bruk en wafer med 500 µm tykkelse.</li>
	<li>Spin-coat kvarts kjeks med en positiv photoresist 2000 rpm og stek i 60 s på 90 ° C. 
	Merk: Positiv photoresist laget er belagt for å hindre skade under det påfølgende klipping steget.</li>
	<li>Bruker en dicing maskinen skjær kjeks med photoresist i små biter 20 x 20 mm 2 størrelse.</li>
	<li>Blåse bruker en komprimert nitrogen pistol for å fjerne partikl...

<ol>
	<li>Abbe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beitr&#228;ge+zur+Theorie+des+Mikroskops+und+der+mikroskopischen+Wahrnehmung.">Beitr&#228;ge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung.</a> Archiv f&#252;r mikroskopische Anatomie. 9 (1), 413-418 (1873).</li><li>D&#252;rig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-field+optical-scanning+microscopy.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+Refraction+Makes+a+Perfect+Lens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regenerating+evanescent+waves+from+a+silver+superlens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-Diffraction-Limited+Optical+Imaging+with+a+Silver+Superlens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+imaging+through+a+planar+silver+layer.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-Field+Microscopy+Through+a+SiC+Superlens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Hyperlens:+Far-field+imaging+beyond+the+diffraction+limit.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+optical+hyperlens+for+imaging+below+the+diffraction+limit.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Far-Field+Optical+Hyperlens+Magnifying+Sub-Diffraction-Limited+Objects.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterials+and+imaging.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+nanoimprinted+hyperlens+array+for+high-throughput+sub-diffraction+imaging.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperbolic+metamaterials:+fundamentals+and+applications.">Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications.</a> Nano Converg. 1 (1), 14 (2014).</li><li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-diffraction+demagnification+imaging+lithography+by+hyperlens+with+plasmonic+reflector+layer.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+demagnifying+hyperlens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+sub-wavelength+nanofocusing+of+UV-visible+light+by+hyperbolic+metamaterials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spherical+hyperlens+for+two-dimensional+sub-diffractional+imaging+at+visible+frequencies.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-thin+ultra-smooth+and+low-loss+silver+films+on+a+germanium+wetting+layer.">Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer.</a> Opt Express. 18 (5), 5124-5134 (2010).</li></ol>

Fabrikasjon av en hyperlens inkluderer tre hovedtrinn: definere hemisfæriske geometri i kvarts underlaget gjennom en våt-etsing, stabling metall og dielektrisk flerlags bruker et elektron strålen fordampning system, og inscribing den objektet på Cr laget. Viktigste er andre, siden det kan påvirke kvaliteten på hyperlens. I tynn-film deponering prosessen er det bestemmelser som krever spesiell omsorg for et klart super løst bilde. Stable multilayer conformally er en av de avgjørende spørsmålene, som ikke-conform...

Et ønske om å observere biomolecules i levende celler førte til oppfinnelsen av mikroskopi, og bruk av mikroskopi overført revolusjonen i ulike felt, som biologi, patologi og materielle vitenskap, over siste århundrene. Men videre utvikling av forskning er begrenset av Diffraksjon, som begrenser oppløsningen av konvensjonell mikroskop til rundt halvparten av bølgelengde1. Super-oppløsning for å overvinne Diffraksjon grensen har derfor vært en interessant forskningsområde i de siste tiårene.
Som Diffraksjon grensen er tillagt tap av evanescent bølger som inneholder sub bølgelengde informasjon om objekter, har studier vært gjennomført å holde evanescent bølger fra filtrert bort eller gjenopprette dem2,3. Arbeidet med å overvinne Diffraksjon grensen ble først rapportert med nær-feltet skanning optisk mikroskopi, som samler evanescent feltet i nærheten objektet før det er utsvevende2. Men som skanner hele bildet regionen og rekonstruere det tar lang tid, kan den brukes sanntid bildebehandling. Selv om en annen tilnærming basert på "superlens," som forsterker evanescent bølger, gir mulighet for sanntids bildebehandling, sub bølgelengde imaging er bare i stand til i regionen nær-feltet og kan ikke komme langt utover objekter4, 5 , 6 , 7.
Hyperlens har nylig dukket opp som en ny tilnærming til sanntid langt-feltet optisk tenkelig8,9,10,11,12. Hyperlens, som er laget av svært Anisotrop hyperbolsk metamaterials13, viser en flat hyperbolsk dispersjon slik at den støtter høy romlig informasjon med samme fase hastighet. Videre, på grunn av momentum bevaring loven, høy tverrgående wavevector er gradvis komprimert som bølgen går gjennom sylindriske geometrien. Forstørret informasjonen kan dermed oppdages av konvensjonell mikroskop i regionen langt-feltet. Dette er spesielt viktig å sanntid langt-feltet bildebehandling, som ikke krever noen punkt-til-punkt skanning eller bildet gjenoppbygging. Hyperlens kan dessuten brukes for programmer enn avbildning, inkludert nanolithography. Lyset som passerer gjennom hyperlens i motsatt retning vil bli fokusert på en sub Diffraksjon området på grunn av tidspunktet for opprettelsen reversering symmetri14,15,16.
Her rapportere vi om en sfærisk hyperlens som forstørrer todimensjonal informasjon synlig frekvensen. I motsetning til konvensjonelle sylindriske geometri forstørrer de sfærisk hyperlens objekter i to laterale dimensjoner, tilrettelegge praktisk tenkelig søknadene. Fabrikasjon metoden og tenkelig oppsett med hyperlens presenteres i detalj for reproduksjon av en høykvalitets hyperlens. En sub bølgelengde objektet er innskrevet på hyperlens for å bevise sin super-løse makt. Det er bekreftet at små funksjoner innskrevet objekter blir forstørret av hyperlens. Dermed er tydelig løst bildene oppnådd i regionen langt-feltet i sanntid. Denne nye typen sfærisk hyperlens, med dens enkel integrering med konvensjonelle mikroskopi, gir mulighet for praktisk grafikkprogrammer, fører til begynnelsen av en ny æra i biologi, patologi og generell nanovitenskap.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Focused Ion Beam milling machine</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Helios Nanolab G3 CX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-beam evaporation system</td>
			<td>Korea Vacuum Tech</td>
			<td>KVE-E4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscopy</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>SU6600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscopy</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axiovert 200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light source</td>
			<td>EXCELITAS Technologies</td>
			<td>X-Cite 110 LED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Band pass filter</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>ET405/30M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective lens</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>Quartz wafer</td>
			<td>CORNING</td>
			<td>Fused Silica Corning 7980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffered oxide etchant</td>
			<td>J.T Baker TM</td>
			<td>J.T.Baker 5175</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist</td>
			<td>AZ electronic materials</td>
			<td>GXR-601 PR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium etchant</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>Isopropyl alcohol</td>
			<td>J.T Baker TM</td>
			<td>UN1219</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEM simulation tool</td>
			<td>COMSOL 5.1 Multiphysics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

demonstration of a hyperlens-integrated microscope and super-resolution imaging

Bruk av super-oppløsning for å overvinne Diffraksjon grensen på konvensjonelle mikroskopi har fått oppmerksomhet av forskere i biologi og nanoteknologi. Selv om feltnære skanning mikroskopi og superlenses har forbedret oppløsningen i regionen nær-feltet, fortsatt langt-feltet imaging i sanntid en betydelig utfordring. Nylig hyperlens, som forstørrer og konverterer evanescent bølger til spre bølger, har dukket opp som en roman tilnærming langt-feltet bildebehandling. Her rapporterer vi fabrikasjon av en sfærisk hyperlens består av vekslende sølv (Ag) og Titan oksid (TiO2) tynne lag. I motsetning til en vanlig sylindrisk hyperlens gir den sfæriske hyperlens todimensjonal forstørrelse. Dermed er inkorporering konvensjonelle mikroskopi grei. En ny optisk system integrert med hyperlens er foreslått, slik at en sub bølgelengde bilde innhentes i regionen langt-feltet i sanntid. I denne studien er fabrikasjon og tenkelig oppsettmetoder forklart i detalj. Dette arbeidet også beskriver tilgjengeligheten og muligheten for hyperlens og praktiske anvendelser av sanntids imaging i levende celler, som kan føre til en revolusjon i biologi og nanoteknologi.

Muligheten for hyperlens enheten å løse sub Diffraksjon funksjoner stoler på sin ensartethet og en høy kvalitet fabrikasjon. Her består en hyperlens av et flerlags Ag og TiO2 avsatt vekselvis. Figur 2a viser SEM bildet av en vellaget hyperlens17. Tverrsnittsstudier bildet viser at multilayer av Ag og Ti3O5 tynn film er avsatt med ensartet tykkelse på hemisfæriske kvarts underlaget. Overflateruhet...

Watch this Scientific Journal Video about Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging at JoVE.com

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

Bruk av en hyperlens har vært ansett som en roman super-oppløsning tenkelig teknikk på grunn av sine fordeler i sanntid bildebehandling og enkle implementeringen med konvensjonelle optikk. Her presenterer vi en protokoll som beskriver fabrikasjon og bildebehandlingsprogrammer av en sfærisk hyperlens.

Demonstrasjon av en Hyperlens-integrert mikroskop og super-oppløsning Imaging

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

Bygging av en høyoppløselig mikroskop med konvensjonelle og Holografisk Optiske overlapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

Enkelt Plane Illumination Module og Micro-kapillær Approach for en Wide-field Microscope

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Bruk av en Multi-kupé Dynamic enkelt enzym Phantom for studier av Hyperpolariserte magnetisk resonans Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

Kompakt Lens-mindre Digital Holografisk mikroskop for MEMS inspeksjon og karakterisering

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Omfattende Karakterisering av Extended Defekter i halvledermaterialer av en scanning elektronmikroskop

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

Hånd Kontrollert Manipulering av enkle molekyler via en Scanning Probe Microscope med en 3D Virtual Reality Interface

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Ett siffer Nanometer elektronstråle Litografi med et avvik-korrigert skanning Transmission elektron mikroskop

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces

Demonstrasjon av like-intensitet Beam Generation av dielektrisk Metasurfaces

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Visualisere Uniaxial-belastning manipulering av Antiferromagnetic domener i Fe1 +YTe med en Spin-polarisert Scanning Tunneling mikroskopet

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Implementering av et ikke-lineær mikroskop basert på stimulert Raman spredning

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...