השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור
Summary
תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית.
Abstract
פינצטה Plasmonic להשתמש פולריטון plasmon השטח כדי להגביל עצמים ננומטריים polarizable. בין העיצובים השונים של פינצטה plasmonic, רק מעטים יכולים לצפות בחלקיקים נייחים. יתר על כן, מספר מצומצם של מחקרים בניסוי מדד את כוחות exertable על החלקיקים. העיצובים ניתן לסווג כסוג nanodisk הבולט או סוג nanohole המודחק. לעניין האחרון זה, תצפית מיקרוסקופית היא מאוד מאתגרת. במאמר זה, מערכת פינצטה plasmonic חדשה הציגה לפקח חלקיקים, הוא בכיוונים מקבילים מאונכים לצייר הסימטרי של מבנה nanohole plasmonic. תכונה זו מאפשרת לנו לבחון את התנועה של כל חלקיקים ליד שפת nanohole. יתר על כן, אנחנו יכולים להעריך את כוחות הלכידה המקסימאליים כמותית באמצעות ערוץ נוזלי חדש.
Introduction
היכולת לטפל באובייקטים microscale היא תכונה הכרחית עבור ניסויים מיקרו / ננו רבים. מניפולציות במגע ישיר יכול לגרום נזק חפצים מניפולציות. שחרור האובייקטים שנערכו בעבר הוא גם מאתגר בגלל בעיות stiction. כדי להתגבר על בעיות אלה, מספר שיטות עקיפות באמצעות נוזליים 1, 2 חשמליים, מגנטיים 3, או כוחות פוטוניים 4, 5, 6, 7, 8 הוצעו. פינצטה Plasmonic המשתמשות כוחות פוטוניים מבוססת על הפיזיקה של ציווי כמה שיפור שדה יוצא דופן גדולה יותר עוצמת האירוע 9. שיפור שדה חזק מאוד זה מאפשר לכידה של חלקיקים קטנים מאוד. לדוגמה, הוכח שזה לשתק ולטפל ננומטרייםחפצים, כגון חלקיקי פוליסטירן 7, 10, 11, 12, 13, 14, שרשראות הפולימר 15, חלבונים 16, נקודות קוונטיות 17, ומולקולות DNA 8, 18. בלי פינצטה plasmonic, קשה חלקיקים מלכודת כי הם נעלמים מהר לפני שהם נבחנים באופן יעיל או בגלל שהם פגומים בשל האינטנסיביות הגבוהה של לייזר.
מחקרי plasmonic רבים השתמשו מבני זהב ננומטריים שונים. אנחנו יכולים לסווג את מבני זהב כמו בולטות סוגי nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 <sעד>, 20, 21 או מודחק סוגי nanohole 7, 8, 10, 11, 22, 23. מבחינת נוחות הדמיה, סוגי nanodisk מתאימים יותר מאשר סוגי nanohole כי, עבור אלה האחרונים, מצעי הזהב יכולים להסתיר את שדה ראיית התצפית. יתר על כן, השמנת plasmonic מתרחשת ליד מבנה plasmonic ועושה תצפית אפילו יותר מאתגר. למיטב ידיעתנו, לכידת plasmonic על סוגי nanohole אומתה רק באמצעות אותות פיזור עקיפים. עם זאת, אין תצפיות ישירות מוצלחות, כגון תמונות מיקרוסקופיות, דווחו. מחקרים מעטים תיארו את עמדת החלקיקים הלכודים. תוצאה כזו הוצגה על ידי וואנג ואח '. הם יצרו עמוד זהב על מצע זהב וצפה pתנועה במאמר באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי 24. עם זאת, זהו רק יעילים עבור ניטור תנועות לרוחב לא בכיוון המקביל לציר הקורה.
במאמר זה, אנו מציגים הליכי תכנון הרכבת שבבים נוזליים חדשים. באמצעות השבב הזה, אנחנו מדגימים את ניטור של חלקיקים לכודים plasmonically, הן בכיוונים מקבילים מאונך ו ל ננו-מבנה plasmonic. יתר על כן, אנו מודדים את הכח המרבי של החלקיק משותק על ידי הגדלת מהירות הנוזל כדי למצוא את המהירות מפנה את השבב האלקטרוני. מחקר זה הוא ייחודי מאחר ורוב המחקרים על פינצטה plasmonic לא יכול להראות את כוחות הלכידה המקסימאליים כמותית בשימוש setups ניסיוני שלהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
כבל SMF הוכנס לתוך חור כבל SMF על השבב האלקטרוני, כפי שמוצגת נקודה מלבני של איור 6 א. בגלל חור כבל SMF הוא גדול יותר מאשר קוטר הכבל, דבק אפוקסי שמש לאטום את הפער לחסום את דליפת פתרון החלקיק זורם. לפני היישום של דבק אפוקסי, גוש זהב קצה הכבל צריך להיות מתואם coaxially ביד בא…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי R & ICT תוכנית D של MSIP / IITP (R0190-15-2040, פיתוח מערכת ניהול תצורה תוכן וסימולטור להדפסה 3D באמצעות חומרים חכמים).
Materials
| Negative photoresist | MicroChem | SU-8 2075 |
| Developer | MicroChem | SU-8 Developer |
| Positive photoresist | Merck Ltd. | AZ GXR-601 |
| AZ Photoresist Developers | Merck Ltd. | AZ 300 MIF |
| HMDS | Merck Ltd. | AZ Adhesion Promoter |
| Aligner | Midas System | MDA 400M |
| Atmospheric plasma machine | Atmospheric Process Plasma Co. |
IDP-1000 |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 A/B |
| Gold coated test slides | EMF Co. | TA124(Ti/Au) |
| Au etchant | Transene Inc. | TFA |
| Ti etchant | Transene Inc. | TFT |
| 40X objective lens | Edmund Optics | 40X DIN |
| 60X water immersion objective lens |
Olympus | LUMPLFLN 60XW |
| Optical fiber incident laser | IPG Photonic | YLR 10 |
| SMF coupler | Thorlabs | MBT612D/M |
| Syringe micropump | Harvard | PC2 70-4501 |
| Fluorescent microscope | Olympus | IX-51 |
| Plasma system | Femto Science Inc | CUTE-MPR |
References
- Crane, N. B., Onen, O., Carballo, J., Ni, Q., Guldiken, R. Fluidic assembly at the microscale: progress and prospects. Microfluid. Nanofluid. 14 (3), 383-419 (2013).
- Yao, B., Luo, G. A., Feng, X., Wang, W., Chen, L. X., Wang, Y. M. A microfluidic device based on gravity and electric force driving for flow cytometry and fluorescence activated cell sorting. Lab Chip. 4 (6), 603-607 (2004).
- Zhang, K., et al. On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force. Lab Chip. 9 (20), 2992-2999 (2009).
- Park, I. Y., Sung, S. Y., Lee, J. H., Lee, Y. G. Manufacturing micro-scale structures by an optical tweezers system controlled by five finger tips. J. Micromech. Microeng. 17, N82-N89 (2007).
- Kim, J. D., Hwang, S. U., Lee, Y. G. Traceable assembly of microparts using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 22, 105003 (2012).
- Kim, J. D., Lee, Y. G. Construction and actuation of a microscopic gear assembly formed using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 23, 065010 (2013).
- Kim, J. D., Choi, J. H., Lee, Y. G. A measurement of the maximal forces in plasmonic tweezers. Nanotechnology. 26 (42), 425203 (2015).
- Kim, J. D., Lee, Y. G. Trapping of a single DNA molecule using nanoplasmonic structures for biosensor applications. Biomed. Opt. Express. 5 (8), 2471-2480 (2014).
- Quidant, R. Plasmonic tweezers – the strength of surface plasmons. MRS Bull. 37 (8), 739-744 (2012).
- Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles. Nat. Phys. 5, 915-919 (2009).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film. Nano Lett. 11 (9), 3763-3767 (2011).
- Tanaka, Y., Kaneda, S., Sasaki, K. Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair. Nano Lett. 13 (5), 2146-2150 (2013).
- Kang, J. H., et al. Low-power nano-optical vortex trapping via plasmonic diabolo nanoantennas. Nat. Commun. 2, 582 (2011).
- Roxworthy, B. J., et al. Application of plasmonic bowtie nanoantenna arrays for optical trapping, stacking, and sorting. Nano Lett. 12 (2), 796-801 (2012).
- Shoji, T., Tsuboi, Y. Plasmonic optical tweezers toward molecular manipulation: tailoring plasmonic nanostructure, light source, and resonant trapping. J. Phys. Chem. Lett. 5 (17), 2957-2967 (2014).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of a single protein. Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).
- Tsuboi, Y., et al. Optical trapping of quantum dots based on gap-mode-excitation of localized surface plasmon. J. Phys. Chem. Lett. 1, 2327-2333 (2010).
- Shoji, T., et al. Permanent fixing or reversible trapping and release of DNA micropatterns on a gold nanostructure using continuous-wave or femtosecond-pulsed near-infrared laser light. J. Am. Chem. Soc. 135 (17), 6643-6648 (2013).
- Grigrenko, A. N., Roberts, N. W., Dickson, M. R., Zhang, Y. Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates. Nat. Photonics. 2, 365-370 (2008).
- Righini, M., et al. Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas. Nano Lett. 9 (10), 3387-3391 (2009).
- Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. T. Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice. Nano Lett. 13 (9), 4118-4122 (2013).
- Berthelot, J., et al. Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers. Nat. Nanotechnol. 9 (4), 295-299 (2014).
- Chen, C., et al. Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity. Nano Lett. 12 (1), 125-132 (2011).
- Wang, K., Schonbrun, E., Steinvurzel, P., Crozier, K. B. Trapping and rotating nanoparticles using a plasmonic nano-tweezer with an integrated heat sink. Nat. Commun. 2, 469 (2011).
- Byun, D., Cho, S. J., Kim, S. Fabrication of a flexible penetrating microelectrode array for use on curved surfaces of neural tissues. J. Micromech. Microeng. 23, 125010 (2013).
