CN104198389B - 用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法 - Google Patents

用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法，其技术领域涉及超高分辨率荧光成像，特别涉及铜箔基底石墨烯样品台的制作。在生长有石墨烯的铜箔基底上利用聚焦离子束刻蚀一个微米大小的孔径，并结合化学方法保护悬空石墨烯层，将荧光样品放在石墨烯层上。使用这种样品台，可以用表面等离子体透镜聚焦和压缩入射激光束得到更小的局域在近场的光斑，该光斑可以透过超薄石墨烯层照射样品和激发荧光。这样的铜基悬空石墨烯样品台和相应的表面等离子体透镜聚焦方式可以减少多余背景散射，降低样品荧光淬灭，提高图像对比度，减少活体组织损害。

Description

用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法
技术领域
本发明涉及一种成像样品台制备方法，特别涉及一种用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空石墨烯样品台制备方法。
背景技术
超高分辨率荧光样品成像是对发荧光的样品如荧光量子点【Appl. Phys. Lett.,89, 143117 (2006)】或荧光标记过的生物医学样品（如DNA）【Phys.Rev.Lett. 97, 260801(2006)】进行分辨率为纳米级的成像技术。一般来说，荧光需要激光通过倒置物镜聚焦在载玻片上表面的样品和探针激发，如图1所示在透明样品和探针之间的区域示意图。但是物镜聚焦的光斑尺寸最小大约为波长的一半（即几百纳米）。而成像分辨率目前已经达到几十纳米或几纳米的水平。分辨率主要决定于探针尖端的曲率半径。尖端越尖，曲率半径越小，分辨率越高。目前探针尖端最小曲率半径可以达到10纳米左右，甚至更小【ACS Nano，5(4),2570–2579(2011)】。因此，通过物镜聚焦的光斑远大于探针尖端的尺寸。这部分多余光斑的照明，可导致样品荧光淬灭，图像对比度下降，背景散射光，以及活体组织的损害。对于不透明样品，激光通过物镜聚焦从样品上面斜入射照明样品和探针尖端同样存在上述问题，如图2激光通过长工作距离物镜聚焦斜入射照射在不透明样品和探针之间的区域示意图。如果能找到一种照明方式，使光斑聚焦在只有几十纳米甚至几纳米的小区域，并且强度足够强，可以激发样品荧光，则就可以解决上述问题。虽然由贵金属材料微结构组成的表面等离子体透镜可以实现入射激光的纳米聚焦和增强,但是这种光场局限在金属材料表面或探针尖端近场范围。离开金属表面100nm就几乎没有什么强度【Nano Lett.，8(9),3041-3045(2008)】。因此，无法透过目前通用的载玻片照射到荧光样品上。
石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子排列呈六角形网状结构的碳质新型薄膜材料，是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料。单层石墨烯厚度只有0.3纳米。而且单层的石墨烯有着高达97.7％的光透过率。目前，用化学气相沉积法在铜箔基体上生长的单晶石墨烯尺寸可以达到5毫米或更大【Adv.Funct. Mater. 23,198–203(2013)】。
发明内容
本发明是针对激光通过物镜聚焦照明位于载玻片上的样品和十分靠近样品的探针针尖时(两者通过信号反馈控制***可以接近到只有几纳米)，光斑远大于针尖尺寸，从而造成多余的激光散射背景，样品的荧光淬灭，活体样品损害，图像对比度下降的问题，提出了一种用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台及其制备方法，制备悬空在铜基体上的透明石墨烯微米级小孔作为荧光物质样品台。该样品台上荧光物质可以用局限在近场的聚焦表面等离子体波透过石墨烯进行激发。
本发明的技术方案为：一种用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法，生长好石墨烯的铜箔基底上有一个微米级小孔，微米级小孔仅仅贯穿铜箔层，具体包括如下步骤：
（1）先将生长好石墨烯的铜箔基底，铜箔层25微米厚，纯度99.98%，用聚焦离子束打一个深度为20微米，半径为2微米的小孔；
（2）再在石墨烯层表面滴上少量有机玻璃溶液，即聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，至凝固在石墨烯层上；
（3）然后将涂有有机玻璃的石墨烯铜箔基底放入已经配好的三氯化铁溶液中轻微晃荡，使其表面充分与溶液接触；
（4）十分钟后，将铜箔基底从三氯化铁溶液中捞起，放入去离子水中洗涤，晾干，再在显微镜下观察孔内是否将剩下的5微米的铜基溶掉，反复进行（3）、（4）的过程，直至剩余的5微米的铜基全部被溶解掉；
（5）将铜基放在显微镜平台，用显微镜的光照射铜基，透光，说明孔上铜基已经被完全溶解；
（6）将铜基石墨烯放入丙酮溶液中，将石墨烯表面的PMMA除掉，至此完成超高分辨率荧光成像铜基悬空石墨烯样品台的制备。
本发明的有益效果在于：本发明用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法，采用透过悬空在铜基体上的超薄透明石墨烯替代现有载玻片作为荧光物质样品台，可以使用聚焦效果更好，光斑尺寸更小的表面等离子体透镜聚焦和压缩光场，从而激发荧光。与物镜聚焦的激光光斑激发荧光比较，可以减少荧光淬灭，散射背景光，活体组织样品损害，提高图像对比图。
附图说明
图1为激光通过倒置高数值孔径物镜聚焦并透过载玻片照射在透明样品和探针之间的区域示意图；
图2为激光通过长工作距离物镜聚焦斜入射照射在不透明样品和探针之间的区域示意图；
图3为本发明用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台结构示意图。
具体实施方式
如图3所示用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台结构示意图，制备方法如下：
（1）先将生长好石墨烯的铜箔基底（铜箔25微米厚，纯度99.98%，西格玛安德里奇公司），用聚焦离子束打一个深度为20微米，半径为2微米的小孔；
（2）再在石墨烯层表面滴上少量有机玻璃溶液（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA），至凝固在石墨烯层上，使更好的保护石墨烯层免受破坏；
（3）然后将涂有有机玻璃的石墨烯铜箔基底放入已经配好的三氯化铁溶液中轻微晃荡，使其表面充分与溶液接触；
（4）十分钟后，将铜箔基底从三氯化铁溶液中捞起，放入去离子水中洗涤，晾干，再在显微镜下观察孔内是否将剩下的5微米的铜基溶掉，反复进行（3）、（4）的过程，直至剩余的5微米的铜基全部被溶解掉；
（5）将铜基放在显微镜平台，用显微镜的光照射铜基，透光，说明孔上铜基已经被完全溶解；
（6）将铜基石墨烯放入丙酮溶液中，将石墨烯表面的PMMA除掉，至此完成超高分辨率荧光成像铜基悬空石墨烯样品台的制备。
根据文献【Plasmonics，8(2),931-936(2013)】中方法制备好环形表面等离子体透镜和位于中心的纳米金圆锥,用径向偏振光照明环形表面等离子体透镜产生表面等离子体波并沿径向传播到中心，然后在金圆锥尖端表面附近进一步产生局域表面等离子体波，该局域表面等离子体波可以透过纳米金圆锥上方的铜箔下表面的石墨烯层，通过石墨烯层上微米级小孔激发位于石墨烯层上面的荧光样品，从而发出荧光。
本发明提出制备悬空在铜箔基体上的透明石墨烯微米级小孔作为荧光物质样品台。激光通过贵金属材料微结构组成的表面等离子体透镜可以使激发光聚焦并压缩在比用物镜聚焦更小的区域内，如图3所示。由于石墨烯材料的超薄特性和良好的透光能力，这种局限在金属表面近场范围的高度压缩光场可以透过悬空在铜基体上的透明石墨烯从而激发荧光样品。

Claims (1)

1.一种用于超高分辨率荧光成像的铜基悬空样品台制备方法，其特征在于，生长好石墨烯的铜箔基底上有一个微米级小孔，微米级小孔仅仅贯穿铜箔层，具体包括如下步骤：
（1）先将生长好石墨烯的铜箔基底，铜箔层25微米厚，纯度99.98%，用聚焦离子束打一个深度为20微米，半径为2微米的小孔；
（2）再在石墨烯层表面滴上少量有机玻璃溶液，即聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，至凝固在石墨烯层上；
（3）然后将涂有有机玻璃的石墨烯铜箔基底放入已经配好的三氯化铁溶液中轻微晃荡，使其表面充分与溶液接触；
（4）十分钟后，将步骤（ 3）的石墨烯铜箔基底从三氯化铁溶液中捞起，放入去离子水中洗涤，晾干，再在显微镜下观察孔内是否将剩余的5微米铜箔层溶掉，反复进行（3）、（4）的过程，直至剩余的5微米铜箔层全部被溶解掉；
（5）将步骤（ 4）所得石墨烯铜箔基底放在显微镜平台，用显微镜的光照射石墨烯铜箔基底，透光，说明孔上铜箔层已经被完全溶解；
（6）将步骤（ 5）检测后石墨烯铜箔基底放入丙酮溶液中，将石墨烯表面的PMMA除掉，至此完成超高分辨率荧光成像铜基悬空石墨烯样品台的制备。
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