Captura de Micro partículas em Lattice ótico Nanoplasmonic
Summary
Descrevemos um procedimento para interceptar opticamente micropartículas em nanoplasmonic lattice ótico.
Abstract
A Pinça óptica plasmônico foi desenvolvida para superar os limites de difração da pinça óptica convencional de campo distante. Plasmônico óptica treliça consiste de uma matriz de nanoestruturas, que exibem uma variedade de armadilhas e comportamentos de transporte. Nós relatamos os procedimentos experimentais para capturar micropartículas em um lattice ótico nanoplasmonic quadrado simples. Também descrevemos a configuração óptica e a nanofabricação de uma matriz de nanoplasmonic. O potencial óptico é criado por iluminando uma matriz de nanodiscs de ouro com um feixe gaussiano de 980 nm comprimento de onda e ressonância de plasmon emocionante. O movimento das partículas é monitorado por imagens de fluorescência. Um esquema para suprimir originando convecção também é descrito para aumentar a potência óptica utilizável para interceptação de ideal. Supressão da convecção é alcançado pelo resfriamento da amostra a uma temperatura baixa e utilizando o coeficiente de expansão térmica próximo de zero de um meio de água. Tanto transporte de partícula única e múltiplas armadilhas de partícula são relatados aqui.
Introduction
A captura óptica de partículas micro escala foi originalmente desenvolvida por Arthur Askin na década de 1970. Desde a sua invenção, a técnica foi desenvolvida como uma ferramenta versátil para micro e nanomanipulação1,2. Convencional óptico prendendo com base no campo distante focar princípio inerentemente é limitada pela difração em seu confinamento espacial, onde a força de armadilhagem diminui drasticamente (seguir um ~umalei de3 de uma partícula de raio um) 3. para superar tais limites de difração, pesquisadores desenvolveram técnicas de armadilhagem óptica de campo próximo, com base no campo evanescente óptico usando nanoestruturas metálicas plasmônico e, além disso, a captura de nanoescala objetos para baixo para moléculas de proteína única tem sido demonstrada4,5,6,7,8,9,10,11. Além disso, o retículo óptico plasmônico é criado a partir de matrizes de nanoestruturas plasmônico periódicas para conferir o transporte de longo alcance do micro e nanopartículas e múltiplas partículas empilhamento11,12. Um grande obstáculo para interromper a captura em um lattice ótico é convecção fototérmicos e foram envidados esforços para elucidar seus efeitos por vários grupos14,15,16,17. Usando a função de Green, Baffou et al ter calculado um perfil de temperatura por cada nanostructure plasmônico como um aquecedor de ponto de modelagem e então experimentalmente validados seu modelo14. Grupo do Toussant também mediu a convecção induzida por plasmon com partícula velocimetry15. Grupo do autor também tem caracterizado o transporte campo próximo e convecçao e demonstrou uma estratégia de engenharia para suprimir originando convecção16,17.
Aqui apresentamos o projeto de uma instalação de ótica e um procedimento detalhado especificamente para experimentos de armadilhagem plasmônico retículo óptico. O potencial óptico foi criado por iluminando uma matriz de ouro nanodiscs com um feixe gaussiano vagamente concentrado. Um esquema para suprimir a convecção originando pelo resfriamento da amostra a uma temperatura baixa (~ 4 ° C) para a captura ideal é também descrever aqui17. Sob a aproximação de Boussinesq, uma ordem de magnitude estimada da convecção natural velocidade u é dada por u ~L2 gβΔT / v, onde L é a escala de comprimento da fonte de calor e Δ T é o aumento de temperatura em relação a referência devido ao aquecimento. g e β são a aceleração gravitacional e coeficiente de expansão térmica, respectivamente. Em temperaturas perto de 4 ° C, a densidade do meio de água apresenta dependência de temperatura anômalas e isso se traduz em um coeficiente de expansão térmica próximo de zero e, portanto, uma convecção originando muito pequeno.
Protocol
Representative Results
Discussion
O procedimento descrito aqui permite que o leitor reproduzir confiantemente armadilhas em uma base diária. Uma orientação empírica geral para projetar um lattice ótico utilizável é usar um tamanho comparável para plasmônico nanoarray, distância interdisc e preso o tamanho de partícula. Comparado a um nanostructure plasmônico único, isolado, o projeto de estrutura óptica em conjunto com a alta potência óptica proporcionada pelo resfriamento da amostra a ~ 4 ° C, usado aqui grandemente aumenta a probabilid…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Y. T. Y. gostaria de reconhecer o apoio do Ministério da ciência e tecnologia sob concessão números mais 105-2221-E-007-MY3 e da National Tsing Hua University sob concessão números 105N518CE1 e 106N518CE1 financeiro.
Materials
| Thermoelectric cooling element | Thorlabs | TEC 1.4-6 | TEC element for sample cooling |
| RTD thermometer | Omega Engineering | RTD Thermometer 969C | |
| Forward looking infrared camera | FLIR | FLIR One | IR camera for temperature monitoring |
| light emitting diode light source | Touchbright | Light source for illumination for fluorescent imaging | |
| Long working distance objective | Olympus | LMPLFLN | For illuminating the sample and imaging |
| Optical trap kit | Thorlabs | OTKB/M | |
| Cover slip | thickness 0.17 mm | ||
| Scanning electron microscope | Hitachi | SEM-Hitachi S3400N | |
| Electron beam blanker | DEBEN | PCD beam blanker | the blanker is added to the scanning electron microscope |
| Thermal evaporator | SYSKEY Technology | ||
| Mask aligner | Karl Suss | MJB 3 | For marker fabrication |
| Electron beam resist | Sigma Alrich | PMMA 120K | For e-beam lithography |
| Electron beam resist | Sigma Alrich | PMMA 960K | For e-beam lithography |
| Fluoresent labeled polystyrene microspheres | Polyscience | 2 um diameter | |
| Bipolar transistor | Mouser | 2N3904 | quantity 2 for TEC driver circuit |
| Bipolar transistor | Mouser | 2N3906 | quantity 2 for TEC driver circuit |
| MOSFET power transistor | Mouser | IRF5305 | quantity 2 for TEC driver circuit |
| MOSFET power transistor | Mouser | IRF131ON | quantity 2 for TEC driver circuit |
| 10 kOhm resistor | Mouser | quantity 6 for TEC driver circuit | |
| 910 Ohm resistor | Mouser | quantity 2 for TEC driver circuit | |
| Photoresist | Microchemicals | AZ4620 | For marker fabrication |
| Acetone | Sigma Alrich | For marker fabrication | |
| Fluorescence Module for the OTKB/M, Metric Threads | Thorlabs | OTKB-FL/M | |
| Fluorescent filter set | Thorlabs | MDF-FITC | For Fluorescein Isothiocyanate (FITC) |
| Ultrasonic cleaner | Delta | DC150H | For the lift off step |
References
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