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  • 简单芯片搭载量子点允许标准显微镜可视化难以图像生物有机体。

    简单芯片搭载量子点允许标准显微镜可视化难以图像生物有机体。

    图片:菲菲弗兰克尔

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  • 的发光底物示出了来自在微图案化底部反射器的顶部上的量子点层的红色荧光发射内的该光学显微照片。

    的发光底物示出了来自在微图案化底部反射器的顶部上的量子点层的红色荧光发射内的该光学显微照片。

    图片:塞西尔chazot

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  • 此暗场图像示出了在波士顿港的海水的液滴这是定位在所述发光基片上的海洋微藻生物。

    此暗场图像示出了在波士顿港的海水的液滴这是定位在所述发光基片上的海洋微藻生物。

    图片:马蒂亚斯kolle

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  • 荧光从雪橇基底观察到的各种顶部布拉格反射镜设计(小正方形),其产生不同的角度发射分布。

    荧光从雪橇基底观察到的各种顶部布拉格反射镜设计(小正方形),其产生不同的角度发射分布。

    图片:塞西尔chazot

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镜像芯片可以使手持式暗视野显微镜

简单芯片搭载量子点允许标准显微镜可视化难以图像生物有机体。


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做暗场图像谷歌搜索,你会发现在鲜明的对比,以他们的午夜黑色背景设定微小生物的精美细致的世界。暗视野显微镜检查可以揭示半透明细胞和水生生物的复杂的细节,以及刻面钻石,否则将出现非常微弱的或典型的明场显微镜下甚至看不见其他宝石。

科学家通过与通常是昂贵的部件配合标准显微镜到illumate样品台以光的中空的,高度倾斜的锥体产生暗场图像。当半透明样品置于暗场显微镜下,光散射离开所述样品的特征锥体到显微镜的照相机上形成样品的图像,在明亮的对比黑暗的背景。

现在,在澳门银河网游app的工程师已经开发出一种小型,镜像芯片,有助于产生暗场图像,无需专门的昂贵的组件。该芯片是比邮票稍大和细如信用卡。当放置在显微镜的阶段,芯片发出可用于产生藻类,细菌的详细暗场图像,并且类似地半透明微小物体的光的中空锥体。

信用:塞西尔chazot

信用:塞西尔chazot

新的光学芯片可以被添加到标准显微镜作为一个负担得起的,小型化的替代传统暗场分量。该芯片还可以被装配到手持式显微镜,以产生在该领域的微生物的图像。

“想象你是海洋生物学家,”塞西尔chazot,研究生在澳门银河网游app的系材料科学与工程的说。 “你平时都带水的大水桶到分析实验室。如果样品是坏的,你要回去了,以收集更多的样本。如果你有一个手持式,暗视野显微镜,你可以在你的水桶检查下降,而你在海上就出局了,就看你就可以回家了,或者如果你需要一个新桶“。

chazot是一纸详细介绍了球队的新设计的主要作者,今天在杂志上发表 自然光子学。 她的合着者莎拉nagelberg,伊戈尔c要么opceanu,库尔特·布罗德里克,yunjo金,芒宜·巴温迪,彼得左右,马蒂亚斯kolle澳门银河网游app,与伦敦帝国理工学院克里斯托弗·罗兰兹在德国的造纸厂louisenthal有限公司MAIK舍雷尔一起。

永远荧光

在持续的努力,kolle实验室的成员正在设计材料和器件,其表现出持久的“构造色”不依赖于染料或色素沉着。相反,他们采用反映纳米和微观结构和散射光很像微型棱镜或肥皂泡。因此,它们可以出现变化的颜色取决于它们的结构如何布置或操纵。

结构色在甲虫和蝴蝶,鸟类的羽毛,以及鱼鳞和一些花瓣的虹彩翅膀可以看出。通过自然界中的结构色的例子的启发,kolle一直在研究各种方式来操纵从微观的,立体结构的光。

作为这种努力的一部分,他和chazot设计了一个小的,三层的芯片,他们原本打算用作微型激光器。中间层用作芯片的光源,从与量子点注入的聚合物制成的 - 当与荧光的光激发时发光的微小的纳米颗粒。 chazot比喻此层以一个荧光棒手镯,其中的两种化学物质反应产生的光;除外在这里没有需要的化学反应 - 只是有点蓝光将会使量子点的亮橙色和红色光芒。

“在荧光棒,最终这些化学物质停止发光,” chazot说。 “但量子点是稳定的。如果你是做与量子点的手镯,他们将荧光很长一段时间。”

移到该光产生层,研究人员将布拉格反射镜 - 由交替的透明材料的纳米尺度层制成的结构,具有明显不同的折射率,这意味着对这些层反射入射光的程度。

布拉格反射镜,kolle说,作为一种“网守”用于由量子点发射的光子。反射镜的层的排列和厚度是这样的,它可以让光子逸出向上拉出芯片的,但只有当光到达的高角度的反射镜。光到达较低的角度被回落到芯片退回。

研究者加入光产生层之下的第三特征回收最初由布拉格反射镜拒绝了光子。该第三层被模制出涂覆有反射金膜的固体,透明环氧树脂的并且类似于微型装蛋箱,与小孔布满,每个测量直径约4微米。

chazot内衬该表面具有高反射率的金的薄层 - 作用捕捉反射从所述布拉格反射镜背下来任何的光的光学装置,和乒乓光备份,可能在一个新的角度,该反射镜将让通过。该第三层的设计中的翼的灵感来自微观尺度结构 凤蝶 蝴蝶。

“蝴蝶翅膀鳞片功能实在耐人寻味的蛋箱,就像一个布拉格反射镜衬里,这给他们带来了彩虹色的结构,” chazot说。

光学移

研究人员最初设计的芯片的微型激光源阵列,以为其三层可以一起合作,创建适合激光发射模式。

“最初的项目是装配独立可切换的耦合微型激光腔的建设,” kolle,在澳门银河网游app机械工程系副教授说。 “但是,当薛所做的第一面,我们意识到,他们有一个非常有趣的发射轮廓,即使没有激射。”

当chazot曾考虑过在显微镜下的芯片时,她发现了一些奇怪的:在芯片发出的光子只有在高角度的光形成的空心锥。事实证明,布拉格反射镜具有恰到好处的层厚以只让光子通过当他们来了在具有一定(高)的角度镜像。

“一旦我们看到的光这个空心锥形,我们想:‘这可能是设备的一些有用的东西’” chazot说。 “得到的回答是:是的!”

事实证明,他们已经并入多个昂贵的,体积大的暗场显微镜组件的功能集成到一个单一的小芯片。

chazot和她的同事们使用成熟的理论光学概念到芯片的光学性能模型来优化其性能为这个新发现的任务。它们制造的多个芯片,每生产的光的中空锥形具有定制的角轮廓。  

“无论你使用,所有这些小小的芯片中的显微镜,一个将与你的目标努力,” chazot说。

测试芯片,该小组收集海水的样品以及细菌的非致病性菌株 即大肠杆菌,并置于一个芯片,它们一个标准的明视场显微镜的平台上设置的在每个样品上。与此简单的设置,他们能够产生单个细菌细胞的清晰和详细的暗场图像,以及微生物在海水中,这是接近看不见的下明场照明。

在不久的将来,这些暗视野照明的芯片可以是大量生产和用于甚至简单,高中级显微镜量身定做的,以使得能够低对比度的,半透明的生物样品的成像。在与kolle实验室其他工作组合中,芯片也可以被并入到用于点的护理诊断和在现场的生物分析应用小型化暗场成像设备。  

“这是基于发现的创新,对科学和教育通过舾装花园式的各种显微镜利用这种技术广泛影响的潜力的一个精彩的故事,”詹姆斯·伯吉斯,为学院士兵纳米技术,陆军研究办公室项目经理说。 “另外,能够获得在生物材料和无机材料的成像优异的对比度下光学倍率可并入系统的军队医疗中心实验室和战场上新的生物威胁和毒素鉴定。”

这项研究得到了支持,部分由美国国家科学基金会,美国美国陆军研究办公室和美国国家卫生研究所。


话题: 成像, 显微镜, 材料科学与工程, 机械工业, 量子点, , 生物学, 微生物, 光子, 纳米科学和纳米技术, 研究, DMSE, 工程学院, 美国国家科学基金会(NSF), 国家研究院(NIH)

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