[发明专利]一种位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及位相型纳米物体表面等离子超衍射分辨成像的技术领域，特别涉及一种位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像方法，用于位相型纳米物体的成像对比度增强，以及用于生物医学和纳米科学成像。

背景技术

随着人们对于纳米科学和生命科学的认识逐渐深入，也对实现纳米尺度的光学观测提出了更高的要求。传统相衬技术通过空间滤波技术实现生物样品中透明物体的显微观测，然而传统相衬显微技术由于衍射受限，它不在适用于衍射极限以下的位相型物体的显微分辨。虽然荧光显微和受激辐射荧光技术能够大幅度提高光学显微的分辨力，但是分子生物样品必须进行荧光标记。实现生物样本无污染的高分辨力成像显微技术成为当今的重要难题。等离子体透镜（Superlens和Hyperlens）由于具有放大倏逝信号的能力从而能够实现超衍射极限光学分辨。然而，等离子体透镜的纳米物体通常是振幅型物体，掩膜上的开缝区域代表物体大小。对于生物医学显微成像，生物样本层中的待测物体的空间轮廓未知并且与周围环境层存在微小折射率差异。然而，等离子体透镜对于位相型纳米物体的成像对比度不高，这主要是由于照明光源没有被有效的抑制而传播到像面干扰成像，此外，代表物体的精细结构的倏逝波也没有被足够增强。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服等离子体透镜对位相型物体成像对比度低的缺点，提出一种位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像方法，利用双层纳米金属薄膜包裹生物样本层的等离子体超衍射成像器件，该等离子体超衍射成像器件能够有效抑制背景透射照明光对位相型纳米物体近场成像的影响，提高位相型透明物体的近场成像对比度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像方法，照明光从透明载玻片底部垂直入射，位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像器件能够增强生物样本层的位相型纳米物体的散射倏逝场，并且能够有效抑制背景透射照明光对位相型纳米物体近场成像的影响，其特征在于步骤如下：

步骤（1）、选择照明光的工作波长λ，根据其波长选择可透光的载玻片材料；

步骤（2）、照明光的偏振模式要求选择线偏振、圆偏振或自然偏振；

步骤（3）、金属薄膜材料为能够激发表面等离子体的金属金、银、铝或铜，其介电常数为ε_m；

步骤（4）、根据照明光波长选择介电常数匹配的金属膜和生物样本层材料，生物样本层材料介电常数为ε_i；

步骤（5）、利用纳米加工技术首先在载玻片上蒸镀厚度d_m的金属膜；

步骤（6）、固体膜层或者液体膜层的生物样本层涂敷或者滴定在蒸镀厚度d_m的金属膜上，生物样本层的厚度为d_i；

步骤（7）、利用纳米加工技术紧接着在生物样本层上蒸镀厚度d_m的金属膜覆盖层；

步骤（8）、位相型纳米物体的成像记录方式选择近场扫描探针或者光记录材料。

所述步骤（1）中的可透光的载玻片为硅或二氧化硅。

所述步骤（1）中的照明光的工作波长365纳米。

所述步骤（3）中的金属膜材料为能够激发表面等离子体的金属银，介电常数ε_m=-2.4012+0.2488i。

所述步骤（4）中的位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像器件要求双层金属膜的介电常数ε_m和生物样本层的介电常数ε_i对于工作波长λ时满足介电常数匹配（ε_i~-ε_m）。

所述步骤（5）中的金属膜的厚度d_m要求10纳米到60纳米。

所述步骤（6）中的生物样本层的厚度d_i要求10纳米到100纳米。

所述步骤（8）中的位相型纳米物体的成像记录方式要求近场扫描探针或者光记录材料。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：

（1）、本发明结合表面等离子体增强倏逝波和扫描近场光学探针搜集近场光学信号的能力，设计出一种用于位相型纳米物体表面等离子体超分辨成像器件，该表面等离子体超分辨成像器件可以实现位相型纳米物体的近场超分辨；

（2）、本发明相对于等离子体透镜用于位相型物体的近场成像，该表面等离子体超分辨成像器件能够大幅度提高位相型物体的近场成像对比度；