用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法
2023-05-27 14:07:51 1
用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法，其【技術領域】涉及超高解析度螢光成像，特別涉及銅箔基底石墨烯樣品臺的製作。在生長有石墨烯的銅箔基底上利用聚焦離子束刻蝕一個微米大小的孔徑，並結合化學方法保護懸空石墨烯層，將螢光樣品放在石墨烯層上。使用這種樣品臺，可以用表面等離子體透鏡聚焦和壓縮入射雷射束得到更小的局域在近場的光斑，該光斑可以透過超薄石墨烯層照射樣品和激發螢光。這樣的銅基懸空石墨烯樣品臺和相應的表面等離子體透鏡聚焦方式可以減少多餘背景散射，降低樣品螢光淬滅，提高圖像對比度，減少活體組織損害。
【專利說明】用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種成像樣品臺製備方法，特別涉及一種用於超高解析度螢光成像的銅基懸空石墨烯樣品臺製備方法。
【背景技術】
[0002]超高解析度螢光樣品成像是對發螢光的樣品如螢光量子點【Appl.Phys.Lett.,89，143117 (2006)】或螢光標記過的生物醫學樣品(如DNA)【Phys.Rev.Lett.97，260801(2006)】進行解析度為納米級的成像技術。一般來說，螢光需要雷射通過倒置物鏡聚焦在載玻片上表面的樣品和探針激發，如圖1所示在透明樣品和探針之間的區域示意圖。但是物鏡聚焦的光斑尺寸最小大約為波長的一半(即幾百納米)。而成像解析度目前已經達到幾十納米或幾納米的水平。解析度主要決定於探針尖端的曲率半徑。尖端越尖，曲率半徑越小，解析度越高。目前探針尖端最小曲率半徑可以達到10納米左右，甚至更小【ACS Nano,5(4)，2570 - 2579(2011)】。因此，通過物鏡聚焦的光斑遠大於探針尖端的尺寸。這部分多餘光斑的照明，可導致樣品螢光淬滅，圖像對比度下降，背景散射光，以及活體組織的損害。對於不透明樣品，雷射通過物鏡聚焦從樣品上面斜入射照明樣品和探針尖端同樣存在上述問題，如圖2雷射通過長工作距離物鏡聚焦斜入射照射在不透明樣品和探針之間的區域示意圖。如果能找到一種照明方式，使光斑聚焦在只有幾十納米甚至幾納米的小區域，並且強度足夠強，可以激發樣品螢光，則就可以解決上述問題。雖然由貴金屬材料微結構組成的表面等離子體透鏡可以實現入射雷射的納米聚焦和增強，但是這種光場局限在金屬材料表面或探針尖端近場範圍。離開金屬表面10nm就幾乎沒有什麼強度【Nano Lett.,8(9)，3041-3045(2008)】。因此，無法透過目前通用的載玻片照射到螢光樣品上。
[0003]石墨烯(Graphene)是一種由單層碳原子排列呈六角形網狀結構的碳質新型薄膜材料，是已知的世界上最薄、最堅硬的納米材料。單層石墨烯厚度只有0.3納米。而且單層的石墨烯有著高達97.7%的光透過率。目前，用化學氣相沉積法在銅箔基體上生長的單晶石墨烯尺寸可以達到5毫米或更大【Adv.Funct.Mater.23,198 - 203(2013)】。
【發明內容】
[0004]本發明是針對雷射通過物鏡聚焦照明位於載玻片上的樣品和十分靠近樣品的探針針尖時(兩者通過信號反饋控制系統可以接近到只有幾納米)，光斑遠大於針尖尺寸，從而造成多餘的雷射散射背景，樣品的螢光淬滅，活體樣品損害，圖像對比度下降的問題，提出了一種用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺及其製備方法，製備懸空在銅基體上的透明石墨烯微米級小孔作為螢光物質樣品臺。該樣品臺上螢光物質可以用局限在近場的聚焦表面等離子體波透過石墨烯進行激發。
[0005]本發明的技術方案為:一種用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法，生長好石墨烯的銅箔基底上有一個微米級小孔，微米級小孔僅僅貫穿銅箔層，具體包括如下步驟: (1)先將生長好石墨烯的銅箔基底，銅箔層25微米厚，純度99.98%，用聚焦離子束打一個深度為20微米，半徑為2微米的小孔；
(2)再在石墨烯層表面滴上少量有機玻璃溶液，即聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，至凝固在石墨稀層上；
(3)然後將塗有有機玻璃的石墨烯銅箔基底放入已經配好的三氯化鐵溶液中輕微晃蕩，使其表面充分與溶液接觸；
(4)十分鐘後，將銅箔基底從三氯化鐵溶液中撈起，放入去離子水中洗滌，晾乾，再在顯微鏡下觀察孔內是否將剩下的5微米的銅基溶掉，反覆進行(3)、(4)的過程，直至剩餘的5微米的銅基全部被溶解掉；
(5)將銅基放在顯微鏡平臺，用顯微鏡的光照射銅基，透光，說明孔上銅基已經被完全溶解；
(6)將銅基石墨烯放入丙酮溶液中，將石墨烯表面的PMMA除掉，至此完成超高解析度螢光成像銅基懸空石墨烯樣品臺的製備。
[0006]本發明的有益效果在於:本發明用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法，採用透過懸空在銅基體上的超薄透明石墨烯替代現有載玻片作為螢光物質樣品臺，可以使用聚焦效果更好，光斑尺寸更小的表面等離子體透鏡聚焦和壓縮光場，從而激發螢光。與物鏡聚焦的雷射光斑激發螢光比較，可以減少螢光淬滅，散射背景光，活體組織樣品損害，提高圖像對比圖。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為雷射通過倒置高數值孔徑物鏡聚焦並透過載玻片照射在透明樣品和探針之間的區域示意圖；
圖2為雷射通過長工作距離物鏡聚焦斜入射照射在不透明樣品和探針之間的區域示意圖；
圖3為本發明用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺結構示意圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖3所示用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺結構示意圖，製備方法如下:
(O先將生長好石墨烯的銅箔基底(銅箔25微米厚，純度99.98%，西格瑪安德裡奇公司)，用聚焦離子束打一個深度為20微米，半徑為2微米的小孔；
(2)再在石墨烯層表面滴上少量有機玻璃溶液(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)，至凝固在石墨烯層上，使更好的保護石墨烯層免受破壞；
(3)然後將塗有有機玻璃的石墨烯銅箔基底放入已經配好的三氯化鐵溶液中輕微晃蕩，使其表面充分與溶液接觸；
(4)十分鐘後，將銅箔基底從三氯化鐵溶液中撈起，放入去離子水中洗滌，晾乾，再在顯微鏡下觀察孔內是否將剩下的5微米的銅基溶掉，反覆進行(3)、(4)的過程，直至剩餘的5微米的銅基全部被溶解掉；
(5)將銅基放在顯微鏡平臺，用顯微鏡的光照射銅基，透光，說明孔上銅基已經被完全溶解；
(6)將銅基石墨烯放入丙酮溶液中，將石墨烯表面的PMMA除掉，至此完成超高解析度螢光成像銅基懸空石墨烯樣品臺的製備。
[0009]根據文獻【Plasmonics, 8 (2)，931-936(2013)】中方法製備好環形表面等離子體透鏡和位於中心的納米金圓錐，用徑向偏振光照明環形表面等離子體透鏡產生表面等離子體波並沿徑向傳播到中心，然後在金圓錐尖端表面附近進一步產生局域表面等離子體波，該局域表面等離子體波可以透過納米金圓錐上方的銅箔下表面的石墨烯層，通過石墨烯層上微米級小孔激發位於石墨烯層上面的螢光樣品，從而發出螢光。
[0010]本發明提出製備懸空在銅箔基體上的透明石墨烯微米級小孔作為螢光物質樣品臺。雷射通過貴金屬材料微結構組成的表面等離子體透鏡可以使激發光聚焦並壓縮在比用物鏡聚焦更小的區域內，如圖3所示。由於石墨烯材料的超薄特性和良好的透光能力，這種局限在金屬表面近場範圍的高度壓縮光場可以透過懸空在銅基體上的透明石墨烯從而激發螢光樣品。
【權利要求】
1.一種用於超高解析度螢光成像的銅基懸空樣品臺製備方法，其特徵在於，生長好石墨烯的銅箔基底上有一個微米級小孔，微米級小孔僅僅貫穿銅箔層，具體包括如下步驟: (1)先將生長好石墨烯的銅箔基底，銅箔層25微米厚，純度99.98%，用聚焦離子束打一個深度為20微米，半徑為2微米的小孔； (2)再在石墨烯層表面滴上少量有機玻璃溶液，即聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，至凝固在石墨稀層上； (3)然後將塗有有機玻璃的石墨烯銅箔基底放入已經配好的三氯化鐵溶液中輕微晃蕩，使其表面充分與溶液接觸； (4)十分鐘後，將銅箔基底從三氯化鐵溶液中撈起，放入去離子水中洗滌，晾乾，再在顯微鏡下觀察孔內是否將剩下的5微米的銅基溶掉，反覆進行(3)、(4)的過程，直至剩餘的5微米的銅基全部被溶解掉； (5)將銅基放在顯微鏡平臺，用顯微鏡的光照射銅基，透光，說明孔上銅基已經被完全溶解； (6)將銅基石墨烯放入丙酮溶液中，將石墨烯表面的PMMA除掉，至此完成超高解析度螢光成像銅基懸空石墨烯樣品臺的製備。
【文檔編號】G01N21/01GK104198389SQ201410484928
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】張大偉, 朱夢均, 陳建農 申請人:上海理工大學