用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)制備方法，其【技術(shù)領(lǐng)域】涉及超高分辨率熒光成像，特別涉及銅箔基底石墨烯樣品臺(tái)的制作。在生長(zhǎng)有石墨烯的銅箔基底上利用聚焦離子束刻蝕一個(gè)微米大小的孔徑，并結(jié)合化學(xué)方法保護(hù)懸空石墨烯層，將熒光樣品放在石墨烯層上。使用這種樣品臺(tái)，可以用表面等離子體透鏡聚焦和壓縮入射激光束得到更小的局域在近場(chǎng)的光斑，該光斑可以透過超薄石墨烯層照射樣品和激發(fā)熒光。這樣的銅基懸空石墨烯樣品臺(tái)和相應(yīng)的表面等離子體透鏡聚焦方式可以減少多余背景散射，降低樣品熒光淬滅，提高圖像對(duì)比度，減少活體組織損害。
【專利說明】用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成像樣品臺(tái)制備方法，特別涉及一種用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空石墨烯樣品臺(tái)制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]超高分辨率熒光樣品成像是對(duì)發(fā)熒光的樣品如熒光量子點(diǎn)【Appl.Phys.Lett.,89，143117 (2006)】或熒光標(biāo)記過的生物醫(yī)學(xué)樣品(如DNA)【Phys.Rev.Lett.97，260801(2006)】進(jìn)行分辨率為納米級(jí)的成像技術(shù)。一般來說，熒光需要激光通過倒置物鏡聚焦在載玻片上表面的樣品和探針激發(fā)，如圖1所示在透明樣品和探針之間的區(qū)域示意圖。但是物鏡聚焦的光斑尺寸最小大約為波長(zhǎng)的一半(即幾百納米)。而成像分辨率目前已經(jīng)達(dá)到幾十納米或幾納米的水平。分辨率主要決定于探針尖端的曲率半徑。尖端越尖，曲率半徑越小，分辨率越高。目前探針尖端最小曲率半徑可以達(dá)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(yuǎn)大于探針尖端的尺寸。這部分多余光斑的照明，可導(dǎo)致樣品熒光淬滅，圖像對(duì)比度下降，背景散射光，以及活體組織的損害。對(duì)于不透明樣品，激光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激光通過長(zhǎng)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(qū)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(qū)域，并且強(qiáng)度足夠強(qiáng)，可以激發(fā)樣品熒光，則就可以解決上述問題。雖然由貴金屬材料微結(jié)構(gòu)組成的表面等離子體透鏡可以實(shí)現(xiàn)入射激光的納米聚焦和增強(qiáng)，但是這種光場(chǎng)局限在金屬材料表面或探針尖端近場(chǎng)范圍。離開金屬表面10nm就幾乎沒有什么強(qiáng)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熒光樣品上。
[0003]石墨烯(Graphene)是一種由單層碳原子排列呈六角形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新型薄膜材料，是已知的世界上最薄、最堅(jiān)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(dá)97.7%的光透過率。目前，用化學(xué)氣相沉積法在銅箔基體上生長(zhǎng)的單晶石墨烯尺寸可以達(dá)到5毫米或更大【Adv.Funct.Mater.23,198 - 203(2013)】。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對(duì)激光通過物鏡聚焦照明位于載玻片上的樣品和十分靠近樣品的探針針尖時(shí)(兩者通過信號(hào)反饋控制系統(tǒng)可以接近到只有幾納米)，光斑遠(yuǎn)大于針尖尺寸，從而造成多余的激光散射背景，樣品的熒光淬滅，活體樣品損害，圖像對(duì)比度下降的問題，提出了一種用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)及其制備方法，制備懸空在銅基體上的透明石墨烯微米級(jí)小孔作為熒光物質(zhì)樣品臺(tái)。該樣品臺(tái)上熒光物質(zhì)可以用局限在近場(chǎng)的聚焦表面等離子體波透過石墨烯進(jìn)行激發(fā)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)制備方法，生長(zhǎng)好石墨烯的銅箔基底上有一個(gè)微米級(jí)小孔，微米級(jí)小孔僅僅貫穿銅箔層，具體包括如下步驟: (1)先將生長(zhǎng)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(gè)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(jī)玻璃溶液，即聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，至凝固在石墨稀層上；
(3)然后將涂有有機(jī)玻璃的石墨烯銅箔基底放入已經(jīng)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)十分鐘后，將銅箔基底從三氯化鐵溶液中撈起，放入去離子水中洗滌，晾干，再在顯微鏡下觀察孔內(nèi)是否將剩下的5微米的銅基溶掉，反復(fù)進(jìn)行(3)、(4)的過程，直至剩余的5微米的銅基全部被溶解掉；
(5)將銅基放在顯微鏡平臺(tái)，用顯微鏡的光照射銅基，透光，說明孔上銅基已經(jīng)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，至此完成超高分辨率熒光成像銅基懸空石墨烯樣品臺(tái)的制備。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)制備方法，采用透過懸空在銅基體上的超薄透明石墨烯替代現(xiàn)有載玻片作為熒光物質(zhì)樣品臺(tái)，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(chǎng)，從而激發(fā)熒光。與物鏡聚焦的激光光斑激發(fā)熒光比較，可以減少熒光淬滅，散射背景光，活體組織樣品損害，提高圖像對(duì)比圖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為激光通過倒置高數(shù)值孔徑物鏡聚焦并透過載玻片照射在透明樣品和探針之間的區(qū)域示意圖；
圖2為激光通過長(zhǎng)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(qū)域示意圖；
圖3為本發(fā)明用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖3所示用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖，制備方法如下:
(O先將生長(zhǎng)好石墨烯的銅箔基底(銅箔25微米厚，純度99.98%，西格瑪安德里奇公司)，用聚焦離子束打一個(gè)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(jī)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(hù)石墨烯層免受破壞；
(3)然后將涂有有機(jī)玻璃的石墨烯銅箔基底放入已經(jīng)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)十分鐘后，將銅箔基底從三氯化鐵溶液中撈起，放入去離子水中洗滌，晾干，再在顯微鏡下觀察孔內(nèi)是否將剩下的5微米的銅基溶掉，反復(fù)進(jìn)行(3)、(4)的過程，直至剩余的5微米的銅基全部被溶解掉；
(5)將銅基放在顯微鏡平臺(tái)，用顯微鏡的光照射銅基，透光，說明孔上銅基已經(jīng)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，至此完成超高分辨率熒光成像銅基懸空石墨烯樣品臺(tái)的制備。
[0009]根據(jù)文獻(xiàn)【Plasmonics, 8 (2)，931-936(2013)】中方法制備好環(huán)形表面等離子體透鏡和位于中心的納米金圓錐，用徑向偏振光照明環(huán)形表面等離子體透鏡產(chǎn)生表面等離子體波并沿徑向傳播到中心，然后在金圓錐尖端表面附近進(jìn)一步產(chǎn)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(jí)小孔激發(fā)位于石墨烯層上面的熒光樣品，從而發(fā)出熒光。
[0010]本發(fā)明提出制備懸空在銅箔基體上的透明石墨烯微米級(jí)小孔作為熒光物質(zhì)樣品臺(tái)。激光通過貴金屬材料微結(jié)構(gòu)組成的表面等離子體透鏡可以使激發(fā)光聚焦并壓縮在比用物鏡聚焦更小的區(qū)域內(nèi)，如圖3所示。由于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(chǎng)范圍的高度壓縮光場(chǎng)可以透過懸空在銅基體上的透明石墨烯從而激發(fā)熒光樣品。
【權(quán)利要求】
1.一種用于超高分辨率熒光成像的銅基懸空樣品臺(tái)制備方法，其特征在于，生長(zhǎng)好石墨烯的銅箔基底上有一個(gè)微米級(jí)小孔，微米級(jí)小孔僅僅貫穿銅箔層，具體包括如下步驟: (1)先將生長(zhǎng)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(gè)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(jī)玻璃溶液，即聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，至凝固在石墨稀層上； (3)然后將涂有有機(jī)玻璃的石墨烯銅箔基底放入已經(jīng)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)十分鐘后，將銅箔基底從三氯化鐵溶液中撈起，放入去離子水中洗滌，晾干，再在顯微鏡下觀察孔內(nèi)是否將剩下的5微米的銅基溶掉，反復(fù)進(jìn)行(3)、(4)的過程，直至剩余的5微米的銅基全部被溶解掉； (5)將銅基放在顯微鏡平臺(tái)，用顯微鏡的光照射銅基，透光，說明孔上銅基已經(jīng)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，至此完成超高分辨率熒光成像銅基懸空石墨烯樣品臺(tái)的制備。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK104198389SQ201410484928
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】張大偉, 朱夢(mèng)均, 陳建農(nóng) 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)