Ben Tordoff;Cheryl Hartfield;Andrew J. Holwell;Stephan Hiller;Marcus Kaestner;Stephen Kelly;Jaehan Lee;Sascha Muller;Fabian Perez-Willard;Tobias Volkenandt;Robin White;Thomas Rodgers
Applied Microscopy
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제50권
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pp.24.1-24.11
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2020
The development of the femtosecond laser (fs laser) with its ability to provide extremely rapid athermal ablation of materials has initiated a renaissance in materials science. Sample milling rates for the fs laser are orders of magnitude greater than that of traditional focused ion beam (FIB) sources currently used. In combination with minimal surface post-processing requirements, this technology is proving to be a game changer for materials research. The development of a femtosecond laser attached to a focused ion beam scanning electron microscope (LaserFIB) enables numerous new capabilities, including access to deeply buried structures as well as the production of extremely large trenches, cross sections, pillars and TEM H-bars, all while preserving microstructure and avoiding or reducing FIB polishing. Several high impact applications are now possible due to this technology in the fields of crystallography, electronics, mechanical engineering, battery research and materials sample preparation. This review article summarizes the current opportunities for this new technology focusing on the materials science megatrends of engineering materials, energy materials and electronics.
Purpose: Laser treatment has become a popular method in implant dentistry, and lasers have been used for the decontamination of implant surfaces when treating peri-implantitis. This study was performed to evaluate the effects of an Erbium-doped:Yttrium-Aluminum-Garnet (Er:YAG) laser with different settings on machined (MA), sand-blasted and acid-etched (SA), and resorbable blast media (RBM) titanium surfaces using scanning electron microscopy and confocal microscopy. Materials and Methods: Four MA, four SA, and four RBM discs were either irradiated at 40 mJ/20 Hz, 90 mJ/20 Hz, or 40 mJ/25 Hz for 2 minutes. The specimens were evaluated with scanning electron microscopy and confocal microscopy. Result: The untreated MA surface demonstrated uniform roughness with circumferential machining marks, and depressions were observed after laser treatment. The untreated SA surface demonstrated a rough surface with sharp spikes and deep pits, and the laser produced noticeable changes on the SA titanium surfaces with melting and fusion. The untreated RBM surface demonstrated a rough surface with irregular indentation, and treatment with the laser produced changes on the RBM titanium surfaces. The Er:YAG laser produced significant changes on the roughness parameters, including arithmetic mean height of the surface (Sa) and maximum height of the surface (Sz), of the MA and SA surfaces. However, the Er:YAG laser did not produce notable changes on the roughness parameters, such as Sa and Sz, of the RBM surfaces. Conclusion: This study evaluated the effects of an Er:YAG laser on MA, SA, and RBM titanium discs using confocal microscopy and scanning electron microscopy. Treatment with the laser produced significant changes in the roughness of MA and SA surfaces, but the roughness parameters of the RBM discs were not significantly changed. Further research is needed to evaluate the efficiency of the Er:YAG laser in removing the contaminants, adhering bacteria, and the effects of treatment on cellular attachment, proliferation, and differentiation.
Distribution of the local critical temperature and current density in YBCO coated conductors were analyzed using Low-temperature Scanning Laser and Hall Probe Microscopy (LTSLHPM). We prepared YBCO coated conductors of various bridge types to study the spatial distribution of the critical temperature and the current density in single and multi bridges. LTSLHPM system was modified for detailed linescan or two-dimensional scan both scanning laser and scanning Hall probe method simultaneously. We analyzed the local critical temperature of single and multi bridges from series of several linescans of scanning laser microscopy. We also investigated local current density and hysteresis curve of single bridge from experimental results of scanning Hall probe microscopy.
Soft ferromagnetic materials are utilized for various electromagnetic devices such as magnetic recording heads and magnetic shielding. In situ observation of magnetic microstructures and domain wall motions are prerequisite for understanding and improving their magnetic properties. In this work, by the Fresnel (out-of-focus) method of Lorentz microscopy, we observe the domain wall motions of polycrystalline Ni/Ti thin film layers triggered by single-shot laser pulse. Random motions of domain walls were visualized at every single pulse.
Intravital microscopy is a high-resolution imaging technique based on laser-scanning two-photon and confocal microscopy, which allows dynamic 3D cellular-level imaging of various biological processes in a living animal in vivo. This unique capability allows biomedical researchers to directly verify a hypothesis in a natural in vivo microenvironment at the cellular level in a physiological setting. During the last decade, intravital microscopy has become an indispensable technique in several fields of biomedical sciences such as molecular and cell biology, immunology, neuroscience, developmental, and tumor biology. The most distinct advantage of intravital microscopy is its capability to provide a longitudinal view of disease progression at the cellular-level with repeated intravital imaging of a single animal over time by saving the images after each session.
Kim, Kyong-Woo;Nam, Ki-Yong;Kwon, Young-Man;Shim, Seong-Taek;Kim, Kyu-Gyeom;Yoon, Kwon-Ha
Journal of the Optical Society of Korea
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제7권4호
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pp.230-233
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2003
This study describes the conceptual design of a soft x-ray microscope system based on a laserbased source for biomedical application with high resolution (${\leq}$50nm). The laboratory scale soft x-ray microscope consists of high power laser plasma x-ray source and grazing incidence mirrors with high reflectivity. The laser plasma source used for developing this system employs Q-switched Nd-YAG pulsed laser. The laser beam is focused on a tantalum (Ta) target. The Wolter type I mirror was used as condenser optics for sample illumination and as objective mirror for focusing on a detector. The fabrication of the Wolter type I mirror was direct internal cutting using ultraprecision DTM. A hydrated biological specimen was put between the two silicon wafers, the center of which was $Si_3N_4$ windows of 100㎚ thickness. The main issues in the future development work are to make a stable, reliable and reproducible x-ray microscope system.
The two-photon process of microscopy provides good spatial resolution and optical sectioning ability when observing quasi-static endogenous fluorescent tissue within an in vivo animal model skin. In order to extend the use of such systems, we developed a two-photon laser scanning microscopy system capable of also capturing $512{\times}512$ pixel images at 90 frames per second. This was made possible by incorporating a 72 facet polygon mirror which was mounted on a 55 kRPM motor to enhance the fast-scan axis speed in the horizontal direction. Using the enhanced temporal resolution of our high-speed two-photon laser scanning microscope, we show that rapid processes, such as fluorescently labeled erythrocytes moving in mouse blood flow at up to 1.2 mm/s, can be achieved.
Distribution of the local properties in GdBCO and YBCO coated conductors was investigated using Low-temperature Scanning Laser and Hall Probe Microscopy (LTSLHPM). We prepared GdBCO and YBCO coated conductors to study the spatial distribution of the current density in a single bridge. Inhomogeneity of the ${T_c}^{max}$ in the bridge was analyzed from experimental results of Scanning Laser Microscopy (SLM) near the superconducting transition. The local transport and screening current in the bridge were also investigated using Scanning Hall Probe Microscopy (SHPM). A series of line scans of SLM of the GdBCO and YBCO sample showed that lines with more inhomogeneous distributions of ${\delta}V$ had more inhomogeneous distributions of ${T_c}^{max}$. The defect of the superconducting layer of the GdBCO sample caused by damage to the substrate affected the current flow. And we could analyze the redistribution of the current density using SLM and SHPM.
End milling experiments are conducted to investigate characteristics of laser beam signals due to tool fracture. The laser beam signals are obtained with adapt focusing of tool. Tool states are identified wit h scanning electron microscopy and optical microscopy. It is demonstrated that the laser beam signals provide reliable informations about the cutting processes and tool states. Moreover, tool fracture can be detected successfully using coefficient of variation.
Dental Caries which has high prevalence rate, accounts for majority of dental diseases. Many treatment and preventive treatment has been developed, thereby reducing the prevalence rate, but in our country, fluoridization has not spread widely yet, so prevention has not been done satisfactorily. When dental caries progresses, irreversible damage of tooth structure occurs. In initial dental caries, demineralizing tooth structure can be remineralized, so restorative treatment is unnecessary. In this study, 20 teeth restored with composite resin without fluoride release were used and divided into two groups. Incipient dental caries were artificially made and demineralization procedure was done for 1 and 2 weeks, for each group. Changes in mineral contents around the margins were analysed with confocal laser scanning microscope. The results were as follow. 1. Both total fluorescence of the lesion and average fluorescence of the lesion of remineralized samples decreased compared to demineralizing state. (p<0.01) 2. Confocal laser scanning microscopy can be used in quantitative analysis of mineral change. In result, confocal laser scanning microscopy can be used in quantitative analysis of mineral change and it could be used in many different fields of dentistry in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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