[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明属于光学功能材料技术领域，涉及一种TiO₂固体浸没透镜及其制备方法和超分辨光学显微成像应用。本发明制备方法包括以下步骤：(1)将包含折射率为2.55的锐钛矿TiO₂纳米粒子的水分散液滴加在盛有硅油并且底面放置疏水基材薄片的容器中，形成半球体的TiO₂纳米粒子水分散液滴；(2)对半球体的TiO₂纳米粒子水分散液滴进行两步脱水，制得TiO₂纳米粒子紧密堆积而成的TiO₂固体浸没透镜。本发明制备的固体浸没透镜具有折射率高、透明度高、机械强度高、形貌可控、制备简便且成本低、使用方便等优点，可对纳米材料、癌细胞病理组织、活细胞或细菌等样品进行大视场、实时和高对比度的超分辨成像。

技术领域

本发明属于光学功能材料技术领域，具体涉及一种TiO₂固体浸没透镜及其制备方法和超分辨光学显微成像应用。

背景技术

光学显微镜是利用光学透镜组和可见光来实现微小目标物体放大成像的光学装置，其在现代科学研究和工业生产领域中具有重要而广泛的应用。然而，由于受到光的衍射特性的制约，常规光学显微镜的最高成像分辨率只能达到约200nm，这越来越不能满足人们对更精细微观尺度观测的需求。突破光学显微镜的极限分辨率而实现超分辨光学显微成像，对促进现代生物医学、纳米材料、微纳制造以及信息技术等高新科技的进步具有重要的意义。

固体浸没透镜是使用具有高折射率(通常大于2)、高透明度并且具有半球体形貌的电介质材料，例如高折射率玻璃或金刚石等，来填充光学显微镜物镜和样品表面之间的空气间隙，从而可通过固体浸没透镜的光学聚焦放大成像作用，来提高物镜的数值孔径(NA)、光收集效率以及光学成像分辨率。此外，固体浸没透镜在提高荧光显微镜的荧光采集效率、高密度光数据存储、纳米光刻以及光子学器件等方面也具有重要的应用。然而，目前固体浸没透镜的制造主要依赖于昂贵且复杂的自上而下的微加工技术，例如电子束光刻和聚焦离子束铣削等，其存在高折射率光学材料的选择有限、加工难度高、制造成本高且效率低等应用瓶颈，这在一定程度上阻碍了固体浸没透镜的推广和广泛应用。虽然聚合物固体浸没透镜的制造难度和成本相对较低，但聚合物材料相对较低的折射率(通常小于1.7)会限制固体浸没透镜的光学和成像性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在提供一种自主开发的自下而上的硅油两步脱水自组装法，将具有高折射率、低光学吸收损耗、深亚波长尺度的电介质TiO₂纳米粒子材料，自组装成宽度可控为数微米至厘米级的固体浸没透镜。这种由TiO₂纳米粒子紧密堆积而组装的TiO₂固体浸没透镜能够简便、低成本及批量化的制备，并具有折射率高、透明度高、机械强度高、操作便捷以及成像的分辨率高、对比度高、视场大等优点。具有超分辨光学显微放大成像能力的TiO₂固体浸没透镜有望在纳米材料的表面结构观测、癌细胞等病理组织染色切片的精准成像诊断，以及活体细胞或细菌微结构的实时鉴别检测等领域上具有多样化和实用化的应用。

为实现上述目的，按照本发明一个方面，提供一种TiO₂固体浸没透镜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将包含折射率为2.55的锐钛矿TiO₂纳米粒子的水分散液滴加在盛有硅油并且底面放置疏水基材薄片的容器中，形成半球体的TiO₂纳米粒子水分散液滴；

(2)对半球体的TiO₂纳米粒子水分散液滴进行两步脱水，制得TiO₂纳米粒子紧密堆积而成的TiO₂固体浸没透镜。

进一步的，步骤(1)中所述TiO₂纳米粒子的粒径范围为1nm～100nm。