Method Article

تصنيع وتشغيل الحزام الناقل النانو البصرية

DOI:

10.3791/52842

⸱

August 26th, 2015

 ,  ,  , 
1Electrical Engineering, Stanford University, 2Applied Physics, Stanford University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قابلية التوسع والدقة لتقنيات المعالجة البصرية التقليدية محدودة بسبب الحيود. نتحايل على حد الحيود ونصف طريقة لنقل الجسيمات النانوية بصريا عبر شريحة باستخدام سطح ذهبي منقوش بمسار من الرنانات البلازمونية على شكل حرف C متقاربة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد مكنت هذه التقنية على استخدام أشعة الليزر المركزة إلى اعتراض وممارسة القوات على جزيئات صغيرة العديد من الاكتشافات محورية في العلوم البيولوجية والفيزيائية النانوية على مدى العقود القليلة الماضية. التقدم المحرز في هذا المجال يدعو إلى مزيد من الدراسة للنظم أصغر وعلى نطاق أوسع، مع الأدوات التي يمكن توزيعها أكثر سهولة وإتاحتها على نطاق أوسع. وللأسف، فإن القوانين الأساسية للحيود الحد الأدنى من حجم نقطة بؤرية من شعاع الليزر، مما يجعل جزيئات أصغر من نصف الطول الموجي في قطر الصعب فخ ويمنع عموما عامل من التمييز بين الجزيئات التي هي أقرب معا من نصف واحد -الطول الموجي. هذا يحول دون التلاعب البصري من العديد من الجسيمات النانوية المتقاربة ويحد القرار من الأنظمة الميكانيكية والبصرية. وعلاوة على ذلك، والتلاعب باستخدام أشعة مركزة يتطلب البصريات تشكيل شعاع أو القيادة، والتي يمكن أن تكون ضخمة جدا ومكلفة. الي العنوانهذه القيود في قابلية النظام التقليدي محاصرة البصرية مختبرنا قد ابتكر تقنية بديلة التي تستخدم البصريات قرب حقل للتحرك الجزيئات عبر رقاقة. بدلا من التركيز أشعة الليزر في الميدان الآن، وقرب حقل البصري المرنانات plasmonic تنتج ما يلزم المحلي وتعزيز كثافة بصرية للتغلب على القيود المفروضة على حيود والتلاعب الجزيئات في دقة أعلى. المرنانات متباعدة عن كثب تنتج الفخاخ البصرية القوية التي يمكن معالجتها للتوسط في اليد والخروج من الجزيئات من واحدة إلى أخرى بطريقة الحزام الناقل الشبيهة. هنا، نحن تصف كيفية تصميم وانتاج حزام ناقل باستخدام سطح الذهب منقوشة مع plasmonic المرنانات C على شكل وكيفية تشغيلها مع ضوء الليزر المستقطب لتحقيق فائقة الدقة جسيمات متناهية الصغر التلاعب والنقل. يمكن أن تنتج الحزام الناقل رقاقة نانو الضوئية باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية وتعبئتها بسهولة وتوزيعها.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

القبض والاستجواب والتلاعب النانوية واحدة ذات أهمية متزايدة في تكنولوجيا النانو. أصبحت ملاقط بصرية تقنية التلاعب ناجحة بشكل خاص للتجارب في علم الأحياء الجزيئي 1-4، 5-7 الكيمياء والنانو التجمع 10/7، حيث مكنت التجارب اختراق مثل قياس الخواص الميكانيكية للجزيئات DNA واحدة 4 و الفرز من الخلايا الخصائص البصرية الخاصة بهم 11،12. اكتشافات على هذه الحدود تفتح دراسة النظم حتى أصغر، وأنها تشق طريقها للهندسة المنتجات والتقنيات المفيدة عمليا الجديدة. في المقابل، فإن هذا الاتجاه يدفع الحاجة إلى تقنيات جديدة لمعالجة أصغر الجسيمات أكثر بدائية. وبالإضافة إلى ذلك، هناك مسعى لبناء أجهزة "المختبر على واحد....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تصميم ونقش على شكل حرف C (CSE) صفيف

  1. تصميم نمط المصفوفة.

figure-protocol-1
الشكل 1. CSE تخطيط. تصوير من الحزام الناقل عنصر التكرار. وقد تحقق النقل ناجحة باستخدام د ذ = 320 نانومتر، ود س = 360 نانومتر. أزواج المجاورة من النقوش لها التناوب النسبي 60º الإزاحة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الرقم 7 هو صورة من الجهاز النهائي. في وسط 1 سم × 1 سم سطح الذهب هو مصفوفة CSE وناقل أنماط، وهو ما يمكن ملاحظته بالكاد من وجهة نظر الزاوية الشكل 6 هو مسح الإلكترون صورة مجهرية من نمط المثال CSE على الجهاز النهائي.

يتم إظهار حركة الجسيمات من 390 نانومتر البوليستيرين حبة السفر عبر نانو البصرية الحزام الناقل 5 ميكرون في الطول في الشكل 9. ويبين منحنى موقف الجسيمات بوص.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وNOCB يجمع بين قوات محاصرة قوية وصغيرة الحجم فخ النهج plasmonic مع القدرة على نقل الجسيمات، وهي متاحة لفترة طويلة فقط لتقنيات تركيز شعاع التقليدية. فريدة من نوعها لNOCB، ومحاصرة والنقل خصائص النظام هي نتيجة الزخرفة السطح وليس من تشكيل شعاع الإضاءة. قدمت إضاءة ساطعة بما فيه الكفاية والاستقطاب، أو الطول الموجي يمكن التضمين، والجسيمات يمكن عقد أو تحركت في بروتوكولات معقدة على السطح. لقد أثبتنا من خلال المحاكاة أن NOCB يمكن بسرعة أيضا نوع الجزيئات على أساس حركتهم 23. بالقرب.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يود المؤلفون أن يشكروا البروفيسور يوزورو تاكاشيما من جامعة أريزونا على المناقشات حول التصوير البصري ، والسيد كارل أوربانيك للمساعدة في الليزر عالي الطاقة ، وماكس يوين على مناقشات الحركة البراونية. يرسل المؤلفون مزيدا من الشكر للبروفيسور كينيث كروزييه من جامعة هارفارد على المناقشات المفيدة حول تجارب الاصطياد البصري. تم توفير التمويل جزئيا من قبل مؤسسة العلوم الوطنية للولايات المتحدة (رقم الجائزة 1028372).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
HSQ e-beam مقاومةداو كورنينجXR-1541-006
PMMAMicroChem950A2 M230002
لاصق بصري سريعالمعالجة نورلاند لاصق بصريNOA 81
كريات كربوكسيل الفلوريةمختبرات الانفجاراتFC02F ، FC03F
الكريات المجهرية المعدلة بالكربوكسيل الفلوريالمجسات الجزيئيةF-8888
كوارتز شريحةSPI لوازم1020-AB
مجهر الفلورسنت المقلوبنيكونECLIPSE TE2000-U
Nd: YAG ليزرLightwave Electronics221-HD-V04
sCMOS كاميراPCOEDGE55
CCD كاميراWatecWAT-120N
صفري ترتيب لوحة نصف موجةThorlabsWPH05M-1064
Triton X-100Sigma-AldrichT8787
الماء المقطرInvitrogen10977-023
Si WaferSilicon Quest International708069
العدسات البصريةThorlabs

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ashkin, A., Dziedzic, J. M. Optical Trapping and Manipulation Of Viruses and Bacteria. Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).
  2. Svoboda, K., Block, S. M. Biological Applications of Optical Forces. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).
  3. Neuman, ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Nano Optical Conveyor BeltPlasmonic ResonatorsElectron Beam LithographyTemplate Stripping TechniquePolarized Laser LightNear Field TrappingSubmicron Particle TransportGold Surface PatterningC Shaped EngravingsOptical Nearfield

Related Articles