Utilização de Nanoestruturas Cristal plasmônicos e Fotônica para Manipulação de Micro-e Nanopartículas melhorada

Summary

Pinças plasmonic e nanoestruturas de cristal fotônico são mostradas para produzir melhorias útil no controle da eficiência e orientação dos opticamente prendendo micro e nano-partículas.

Abstract

Um método para manipular a posição ea orientação das partículas submicrométricas nondestructively seria uma ferramenta incrivelmente útil para a pesquisa biológica básica. Talvez a força mais usado física para conseguir a manipulação de pequenas partículas não-invasiva tem sido dieletroforese (DEP) ^1. Entretanto, DEP por conta própria não tem a versatilidade e precisão que são desejados quando da manipulação de células, uma vez que é tradicionalmente feito com eletrodos estacionários. Pinças ópticas, que utilizam um gradiente de campo três dimensional eletromagnética de exercer forças em pequenas partículas, tal versatilidade e precisão desejada. ^{2 No} entanto, uma grande desvantagem desta abordagem é a intensidade da radiação de alta necessário para alcançar a força necessária para prender uma partícula que pode danificar as amostras biológicas ³ A solução que permite captura e classificação com menor intensidade ópticos são optoeletrônicos pinças (OET), mas OET têm limitações com a manipulação fina de pequenas partículas;.. sendo a tecnologia DEP baseada também coloca restrições sobre a propriedade da solução ^{4 , 5}

Este artigo de vídeo irá descrever dois métodos que reduzem a intensidade da radiação necessária para a manipulação óptica de células vivas e também descrevem um método para o controle de orientação. O primeiro método é uma pinça plasmonic que usar um random nanopartículas de ouro array (AUNP) como substrato para a amostra como mostrado na Figura 1. A matriz AUNP converte os fótons incidentes em plasmons de superfície localizada (LSP) que consistem em momentos de dipolo ressonante que irradiam e gerar um campo de radiação modelado com um grande declive na solução celular. Trabalho inicial na superfície prendendo melhor plasmon por Righini et al e nossa modelagem própria têm mostrado os campos gerados pelo substrato plasmonic reduzir a intensidade inicial exigido, aumentando o campo gradiente que armadilhas a partícula. ^6,7,8 A abordagem plasmonic permite multa controle de orientação de partículas elipsoidais e células com baixa intensidade óptica por causa da conversão de energia mais eficiente óptica em energia mecânica e um campo de radiação de dipolo-dependente. Estes campos são mostrados na figura 2 e as intensidades baixa armadilhas estão detalhados nas figuras 4 e 5. Os principais problemas com pinças plasmonic são de que o LSP de gerar uma quantidade considerável de calor e as armadilhas é de apenas duas dimensões. Esse calor gera fluxos convectivos e termoforese que pode ser poderoso o suficiente para expelir partículas submicrométricas da armadilha. ^9,10 A segunda abordagem que iremos descrever está utilizando nanoestruturas dielétricas periódicas para dispersão de luz incidente de forma muito eficiente em modos de difração, como mostrado na figura 6 ^11. Idealmente, faria esta estrutura de um material dielétrico para evitar os problemas de aquecimento mesmo experientes com a pinça plasmonic mas em nossa abordagem de alumínio revestido grade de difração é utilizado como uma nanoestrutura dielétrica periódica unidimensional. Embora não seja um semicondutor, não experiência aquecimento significativo e efetivamente preso partículas pequenas armadilhas com intensidades baixa, como mostrado na figura 7. Alinhamento das partículas com o substrato ralar conceitualmente valida a proposição de que um cristal fotônico 2-D pode permitir que a rotação precisa de partículas não esféricas mícron de tamanho. ¹⁰ A eficiência destas armadilhas ópticas são aumentadas devido aos campos melhorada produzida pelo nanoestruturas descrito no este papel.

Protocol

1. Aleatória Au Fabricação Matriz Nanoparticle 8,10,12,14 A matriz de nanopartículas Au é formada por primeiro criar um modelo que é feito de uma camada densa de forma aleatória adsorvido esferas de látex com diâmetro médio de 454 nm. Isto é conseguido através de evaporação de ouro primeiro em uma lamela de vidro com uma espessura de 20 nm usando o cromo como a camada de adesão. A monocamada esfera de poliestireno é então auto-montados, expondo o substrato revestidas de o…

Discussion

A importância destes métodos de captura é que eles diminuem a intensidade óptica necessária para a captura sustentada de algum lugar na ordem de 10 ³ μW M / ² para algum lugar na ordem de 10 μW / M ^{2. 10,11} As limitações destas técnicas são de que a matriz de nanopartículas de ouro apresenta problemas de aquecimento que deve ser superado. Para superar este problema, uma estrutura de cristal fotônico 2D que é composto de um material dielétrico pode ser usado. Tal estrutura …

Materials

Material Name	Type	Company	Catalog Number	Comment
Axio Imager Microscope	D1M	Zeiss	D1M	Zeiss Axio Imager.D1M
Microscope Objective	50x/0.55	Zeiss		LD EC Epiplan – NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC
Zeiss Microscope Camera	AxioCam MRc	Zeiss
Helium Neon Laser	35 mW	Research Electro-Optics
Variable Attenuator	Continuously Variable ND	ThorLabs	NDC-100C-4M	For adjusting microscope intensity
Zeiss Filter Set	Filter Set #17	Zeiss	488017-9901-000	Filter Set #17
Microscope Slides	0.5 mm thickness	VWR
3T3 mouse cell nuclei		Fred Hutchinson Cancer Research Center		Store as cold as possible
Acridine Orange dye		Fred Hutchinson Cancer Research Center
Bovine Serum Albumin	1 to 10 ration in PBS	Fred Hutchinson Cancer Research Center
454 nm polystyrene latex spheres		Polysciences, Inc.
carbodiimide hydrochloride (EDC)	1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)	G-Biosciences	BC25-1
gold (for deposition)
Reflective ruled diffraction grating		Edmund Optics
Phosphate Buffered Saline (PBS)	Dulbecco’s Phosphate-Buffered Saline (D-PBS) (1X)	Invitrogen	14190-144