Nedsænkningsmeta-linser ved synlige bølgelængder til billeddannelse i nanoskala

Et team af forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har udviklet den første flade linse til immersionsmikroskopi. Denne linse, som kan designes til enhver væske, kan give et omkostningseffektivt og let at fremstille alternativ til det dyre, århundreder gammel teknik til håndpolering af linser til nedsænkningsobjektiver.

Forskningen er beskrevet i Nano bogstaver .

"Denne nye linse har potentialet til at overvinde ulemperne og udfordringerne ved linsepoleringsteknikker, der har været brugt i århundreder, sagde Federico Capasso, Robert L. Wallace -professor i anvendt fysik og Vinton Hayes Senior Research Fellow i elektroteknik på SEAS, og seniorforfatter af papiret.

Når lys rammer en genstand, det spreder sig. Optiske mikroskoper virker ved at samle det spredte lys gennem en række linser og rekonstruere det til et billede. Imidlertid, den fine detaljerede geometriske information om et objekt bæres af den del af spredt lys, der forplanter sig med vinkler for store til at blive opsamlet. At nedsænke objektet i en væske reducerer vinklerne og giver mulighed for at opfange lys, der tidligere var umuligt, forbedring af mikroskopets opløsningsevne.

Ud fra dette princip, nedsænkningsmikroskoper bruger et lag væske - sædvanligvis vand eller olie - mellem objektglasset og objektivlinsen. Disse væsker har højere brydningsindeks sammenlignet med ledig plads, så den rumlige opløsning øges med en faktor svarende til brydningsindekset for den anvendte væske.

Nedsænkningsmikroskoper, som alle mikroskoper, består af en serie kaskade linser. Den første, kendt som frontlinsen, er den mindste og vigtigste komponent. Kun få millimeter i størrelse, disse halvcirkelformede linser ligner perfekt bevarede regndråber.

På grund af deres karakteristiske form, de fleste frontlinser af avancerede mikroskoper fremstillet i dag er håndpolerede. denne proces, ikke overraskende, er dyrt og tidskrævende og producerer linser, der kun virker inden for nogle få specifikke brydningsindekser for nedsænkningsvæsker. Så, hvis en prøve er under blod og en anden under vandet, du skal håndlave to forskellige linser.

For at forenkle og fremskynde denne proces, SEAS -forskere brugte nanoteknologi til at designe en plan plan linse, der let kan skræddersys og fremstilles til forskellige væsker med forskellige brydningsindeks. Linsen består af en række titaniumdioxid nanofiner og fremstillet ved hjælp af en enkelttrins litografisk proces.

"Disse linser er fremstillet ved hjælp af et enkelt lag litografi, en teknik, der er meget udbredt i industrien, " sagde Wei Ting Chen, første forfatter til papiret og postdoc ved SEAS. "De kan masseproduceres med eksisterende støberiteknologi eller nanoimprinting for omkostningseffektiv high-end nedsænkningsoptik."

Ved hjælp af denne proces, teamet designede metallinser, der ikke kun kan skræddersys til enhver nedsænkningsvæske, men også til flere lag med forskellige brydningsindekser. Dette er især vigtigt for billeddannelse af biologisk materiale, såsom hud.

"Vores nedsænkningsmeta-linse kan tage højde for brydningsindeksene for epidermis og dermis for at fokusere lyset på vævet under menneskelig hud uden yderligere design- eller fremstillingskompleksitet, " sagde Alexander Zhu, medforfatter til papiret og kandidatstuderende ved SEAS.

"Vi forudser, at nedsænkningsmetalenses vil finde mange anvendelser ikke kun i biologisk billeddannelse, men vil muliggøre helt nye applikationer og i sidste ende overgå konventionelle linser på eksisterende markeder, sagde Capasso.