高折射率固体浸没透镜膜的制备及应用

Hemispherical or super-hemispherical solid immersion lens (SILs) can collect the near-field evanescent waves of the objects and deliver them to the far-field to be collected by the objective lens, thus super-resolution imaging can be achieved under a white-light optical microscope. So far, the disadvantages of SILs such as low refractive index, uncontrollable ratio of height to diameter, non reuseable impede their actual application. To solve these problems, this project plans to develop a high refractive index, monodispersed, organic-inorganic hybrid SILs and realize its ordered self-assembly on the flexible polydimethylsiloxane (PDMS) film, finally a reusable SILs-PDMS film will be produced. By adjusting the preparation conditions, a series of flexible SILs-PDMS films with different parameters (such as refractive index, aspect ratio, PDMS membrane thickness) can be obtained and their influences on the super-resolution imaging behaviors are studied. Eventually SILs-PDMS film with excellent optical super-resolution imaging property can be actually used.

半球形或超半球形固体浸没透镜（SILs）能收集物体近场倏逝波信息并将其传递到远场而被物镜所捕获，从而可在白光显微镜下实现对亚衍射物体的超分辨成像。目前SILs由于存在折射率低、高宽比不可调、不可重复利用等缺点，阻碍了其在实际中的应用。针对这些问题，本项目拟开发一种高折射率、粒径均一的有机无机杂化SILs，并实现其在柔性聚二甲基硅氧烷薄膜（PDMS）上的有序自组装，从而制备出可重复利用的SILs-PDMS柔性薄膜。通过调节制备工艺参数，得到一系列不同参数（如折射率、高宽比、PDMS膜厚度）的SILs-PDMS柔性膜，并研究其在光学显微镜下对纳米图案的超分辨成像，最终构建出可实际应用的、具有良好光学超分辨成像能力的SILs-PDMS柔性膜。

由于阿贝衍射极限，传统光学显微镜的分辨率只能达到200nm。为了突破这一衍射极限，科学家采用了不同的方法，包括超分辨荧光成像、超材料透镜等。然而这些方法对样品有要求（需要荧光染色）、制备过程复杂，限制了其广泛应用。近年来，科学家发现光学透明的微球（如聚苯乙烯PS，二氧化硅SiO2、钛酸钡BaTiO3等）能收集携带物体精细特征的近场倐逝波信息，并将其传递到远场而被物镜所捕获，从而可在白光显微镜下实现对亚衍射物体的超分辨成像。目前所采用的商业化的微球由于存在折射率低、折射率不可调、粒径单分散性差等缺点，阻碍了其实际应用。针对这些问题，本项目在前期研究的基础上，通过引入微流控技术，开发出一种高折射率、粒径单分散的聚合物微球(poly(BAEPF))，以及一种折射率可调（n=1.59~1.63）、粒径单分散的有机无机杂化微球(ZrO2/PS)，并研究其在光学显微镜下对纳米图案的超分辨成像(可以清晰分辨75nm的结构)，在光学超分辨成像领域具有良好的应用前景。