Дифракционные оптические элементы для реализации трехмерной наноскопии с вращающимися световыми полями

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследованы дифракционные оптические элементы, изготовленные методами контактной печати на бихромированной желатине и прямой лазерной записи по фоторезисту, модифицирующие функцию рассеяния точки для реализации трехмерной флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения. Показано, что оба элемента формируют двухлепестковые вращающиеся световые поля и могут быть использованы для трехмерной наноскопии. Приводятся результаты по трехмерной субдифракционной локализации точечных флуоресцентных меток с оценкой точности восстановления их координат.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. В. Прокопова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: prokopovadv@lebedev.ru

Самарский филиал

Россия, Самара

И. Ю. Еремчев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт спектроскопии Российской академии наук»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: prokopovadv@lebedev.ru

Троицкое обособленное подразделение»

Россия, Москва; Москва

Н. Н. Лосевский

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук»

Email: prokopovadv@lebedev.ru

Самарский филиал

Россия, Самара

Д. А. Белоусов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: prokopovadv@lebedev.ru
Россия, Новосибирск

С. К. Голубцов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: prokopovadv@lebedev.ru
Россия, Новосибирск

С. П. Котова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук»

Email: prokopovadv@lebedev.ru

Самарский филиал

Россия, Самара

А. В. Наумов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский педагогический государственный университет»

Email: prokopovadv@lebedev.ru

Троицкое обособленное подразделение»

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Mockl L., Moerner W.E. // J. Amer. Chem. Soc. 2020. V. 142. No. 42. P. 17811.
  2. Naumov A., Eremchev I. Yu., Gorshelev A.A. // Eur. Phys. J. D. 2014. V. 68. P. 348.
  3. Hettich C., Schmitt C., Zitzmann J. et al. // Science. 2002. V. 298. No. 5592. P. 385.
  4. Еремчев И.Ю., Лозинг Н.А., Баев А.А. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 108. № 1. С. 26, Eremchev I.Y., Lozing N.A., Baev A.A. et al. // JETP Lett. 2018. V. 108. No. 1. P. 30.
  5. Осадько И.С. // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 107. № 11. С. 755, Osad’ko I.S. // JETP Lett. 2018. V. 107. No. 11. P. 725.
  6. Naumov A.V., Gorshelev A.A., Gladush M.G. et al. // Nano Lett. 2018. V. 18. No. 10. P. 6129.
  7. Гладуш М.Г., Аникушина Т.А., Горшелев А.А. и др. // ЖЭТФ. 2019. Т. 155. № 5. С. 771, Gladush M.G., Anikushina T.A., Gorshelev A.A. et al. // JETP. 2019. V. 128. No. 5. P. 655.
  8. Moerner W.E. // Angew. Chem. Int. Edit. 2015. V. 54. No. 28 P. 8067.
  9. Betzig E. // Angew. Chem. Int. Edit. 2015. V. 54. No. 28. P. 8034.
  10. Hell S.H. // Angew. Chem. Int. Edit. 2015. V. 54. No. 28. P. 8054.
  11. Greengard A., Schechner Y., Piestun R. // Opt. Lett. 2006. V. 31. No. 2. P. 181.
  12. Huang B., Wang W., Bates M., Zhuang X. // Science. 2008. V. 319. No. 5864. P. 810.
  13. Shechtman Y., Sahl S.J., Backer A.S., Moerner W.E. // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. No. 13. Art. No. 133902.
  14. Pavani S.R.P., Piestun R. // Opt. Express. 2008. V. 16. No. 5. P. 3484.
  15. Grover G., DeLuca K., Quirin S.et al. // Opt. Express. 2012. V. 20. No. 24. P. 26681.
  16. Baranek M., Bouchal Z. // JEOS-RP. 2013. V. 8. Art. No. 13017.
  17. Anand V., Khonina S., Kumar R. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2022. V. 17. No. 1. P. 1.
  18. Прокопова Д.В., Котова С.П., Самагин С.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2021. Т. 85. № 8. С. 1205, Prokopova D.V., Kotova S.P., Samagin S.A. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2021. V. 85. No. 8. P. 928.
  19. Волостников В.Г., Воронцов Е.Н., Котова С.П. и др. // Изв. вузов. Физика. 2015. Т. 58. № 11—3. С. 73.
  20. Прокопова Д.В., Воронцов Е.Н., Лосевский Н.Н., Разуева Е.В. // Изв. Самар. НЦ РАН. 2015. Т. 17. № 2. С. 97.
  21. Волостников В.Г., Воронцов Е.Н., Котова С.П. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2016. Т. 80. № 7. С. 841, Volostnikov V.G., Vorontsov E.N., Kotova S.P. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2016. V. 80. No. 7. P. 766.
  22. Воронцов Е.Н., Лосевский Н.Н., Прокопова Д.В., и др. // Комп. оптика. 2016. Т. 40. № 2. С. 158.
  23. Прокопова Д.В., Воронцов Е.Н., Котова С.П. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2019. Т. 83. № 12. С. 1612, Prokopova D.V., Vorontsov E.N., Kotova S.P. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019. V. 83. No. 12. P. 1453.
  24. Еремчев И.Ю., Прокопова Д.В., Лосевский Н.Н. и др. // УФН. 2022. Т. 192. № 6. С. 663, Eremchev I.Y., Prokopova D.V., Losevskii N.N. et al. // Phys. Usp. 2022. V. 65. No. 6. P. 617.
  25. Abramochkin E., Volostnikov V. // Opt. Commun. 1993. V. 102. No. 3—4. P. 336.
  26. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г. // УФН. 2004. Т. 174. № 12. С. 1273, Abramochkin E.G., Volostnikov V.G. // Phys. Usp. 2004. V. 47. No. 12. P. 1177.
  27. Абрамочкин Е.Г., Волостников В.Г. Современная оптика гауссовых пучков. М.: Физматлит, 2010. 184 с.
  28. https://www.hamamatsu.com/us/en/product/optical-components/lcos-slm/priciple.html.
  29. Воронцов Е.Н., Котова С.П., Лосевский Н.Н. и др. // Кратк. сообщ. по физ. ФИАН. 2018. Т. 45. № 3. С. 9, Vorontsov E.N., Kotova S.P., Losevsky N.N. et al. // Bull. Lebedev Phys. Inst. 2018. V. 45. No. 3. P. 71.
  30. Прокопова Д.В., Котова С.П. // Фотоника. 2020. Т. 14. № 2. С. 170, Prokopova D.V., Kotova S.P. // Photonics Russ. V. 14. No. 2. P. 170.
  31. Korolkov V.P., Pruss C., Reichelt S., Tiziani H.J. // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 873.
  32. Korolkov V.P., Nasyrov R.K., Shimansky R.V. // Appl. Optics. 2006. V. 45. No. 1. P. 53.
  33. Xie S., Erjawetz J., Schuster C., Schift H. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2021. V. 39. No. 5. Art. No. 052603.
  34. https://heidelberg-instruments.com/product/dwl-66-laser-lithography-system.
  35. Баев А.А., Роженцов А.А., Наумов А.В., Еремчев И.Ю. Программа для распознавания двулепестковых изображений люминесцирующих наночастиц для трехмерной микроскопии сверхвысокого разрешения. Свид. о гос. рег. прогр. для ЭВМ № 2022611212, 2022.
  36. Еремчев И.Ю., Лозинг Н.А., Гладуш М.Г. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2018. Т. 82. № 11. С. 1624, Eremchev I.Y., Lozing N.A., Gladush M.G. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2018. V. 82. No. 11. P. 1482.
  37. Gritchenko A.S., Eremchev I.Y., Naumov A.V., et al. // Opt. Laser Technol. 2021. V. 143. Art. No. 107301.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая функция ДОЭ; оптимизированного для работы в трехмерном наноскопе (а). Распределения интенсивности; формируемые ДОЭ; изготовленным методом прямой лазерной записи по фоторезисту на различных расстояниях около плоскости фокусировки линзы с F = 250 мм (б). Размер стороны кадра 2 мм.

Скачать (164KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема установки трехмерного наноскопа со стационарным отражательным ДОЭ.

Скачать (403KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Двухлепестковые изображения точечных флуоресцентных меток в 3-D наноскопе со стационарным ДОЭ; для различных положений излучателей относительно фокальной плоскости микроскопа δz: −2 (а1); −1 (а2); 0 (а3) и 1.5 мкм (а4). Зависимость величины угла поворота двухлепесткового изображения α от расстояния δz (б). Точки — экспериментально измеренные значения; красная линия — линейная аппроксимация зависимости.

Скачать (345KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Точность восстановления осевой координаты. Зависимость точности восстановления продольной координаты точечных флуоресцентных меток от числа зарегистрированных фотонов N для угла наклона α ~ 0° (а). На вставке — пример распределения восстановленных продольных координат z; полученный в серии измерений n = 200 и его аппроксимация функцией Гаусса. Зависимость погрешности восстановления продольной координаты σz(α) от угла поворота изображения при фиксированном числе фотонов N (б).

Скачать (240KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024