Optical Trappola Caricamento di dielettrico microparticelle in aria

Summary

Viene presentato un protocollo per il lancio e l'intrappolamento stabile di microparticelle dielettriche selezionate nell'aria.

Abstract

Dimostriamo un metodo per intrappolare una microparticella dielettrica selezionata nell'aria utilizzando la pressione di radiazione da una trappola ottica a gradiente a raggio singolo. Le microparticelle dielettriche sparse in modo casuale e aderite a un substrato di vetro vengono momentaneamente staccate utilizzando vibrazioni ultrasoniche generate da un trasduttore piezoelettrico (PZT). Quindi, il raggio ottico focalizzato su una particella selezionata la solleva fino alla trappola ottica mentre le microparticelle eccitate vibrazionalmente ricadono sul substrato. Una particella può essere intrappolata al fuoco nominale del fascio di intrappolamento o in una posizione al di sopra del fuoco (qui indicata come posizione di levitazione) dove la gravità fornisce la forza di ripristino. Dopo la misurazione, la particella intrappolata può essere posizionata nella posizione desiderata sul substrato in modo controllato.

In questo protocollo, viene delineata una procedura sperimentale per il caricamento selettivo di trappole ottiche in aria. Innanzitutto, viene brevemente introdotta la configurazione sperimentale. In secondo luogo, la progettazione e la fabbricazione di un supporto PZT e di un contenitore campione sono illustrate in dettaglio. Il caricamento della trappola ottica di una microparticella selezionata viene quindi dimostrato con istruzioni dettagliate, tra cui la preparazione del campione, il lancio nella trappola e l'uso della forza elettrostatica per eccitare il movimento delle particelle nella trappola e misurare la carica. Infine, presentiamo le traiettorie registrate delle particelle di Brownian e i moti balistici di una microparticella intrappolata nell'aria. Queste traiettorie possono essere utilizzate per misurare la rigidità o per verificare l'allineamento ottico attraverso l'analisi nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza. Il caricamento selettivo delle trappole consente alle pinzette ottiche di tracciare una particella e le sue variazioni nel corso di caricamenti ripetuti in modo reversibile, consentendo così studi sull'interazione particella-superficie.

Introduction

Ashkin ha riferito l'accelerazione e la cattura di microparticelle dalla pressione di radiazione nel 1970. ¹ Il suo romanzo raggiungimento promosso lo sviluppo di tecniche di intrappolamento ottico come strumento primario per gli studi fondamentali della fisica e biofisica. ^{2, 3, 4, 5} Ad oggi, l'applicazione di intrappolamento ottico è concentrata principalmente sugli ambienti liquidi, e stato utilizzato per studiare una vasta gamma di sistemi, dal comportamento di colloidi alle proprietà meccaniche di singol....

Protocol

Attenzione: Si prega di consultare tutti i programmi di sicurezza rilevanti prima dell'esperimento. Tutte le procedure sperimentali descritte in questo protocollo sono eseguite in conformità con il programma di sicurezza LASER NIST così come altre norme vigenti. Si prega di essere sicuri di scegliere ed indossare un equipaggiamento di protezione individuale (DPI), come gli occhiali di protezione laser progettati per la lunghezza d'onda e potenza specifica. Manipolazione secco nano / microparticelle può richiedere ulteriore protezione delle vie respiratorie.

1. Progettazione e Realizzazione di un Titolare PZT e un recinto di esempio ....

Results

Il lanciatore PZT è stato progettato utilizzando un pacchetto software CAD. Qui, si usa una semplice struttura a sandwich per il precarico (a PZT fissata con due piastre), come mostrato in Figura 2. Il titolare PZT e il contenitore campione può essere fabbricata da una varietà di materiali e metodi. Per una rapida dimostrazione, abbiamo scelto la stampa 3D con termoplastico come illustrato nella figura 2d. Sulla base dei componenti fabbricati, trap loadi.......

Discussion

Il lanciatore piezoelettrico è progettato per ottimizzare le prestazioni dinamiche di una PZT selezionato. La corretta scelta dei materiali e la gestione di vibrazioni ultrasoniche PZT sono i passaggi chiave per produrre un esperimento riuscito. PZTs hanno caratteristiche diverse a seconda del tipo di trasduttore (bulk o impilati) e materiali componenti (hard o soft). Un tipo bulk PZT in materiale piezoelettrico disco viene scelto per i seguenti motivi. In primo luogo, i materiali piezoelettrici rigidi hanno minori perd.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
ScotchBlue Nastro da pittore Originale	3M	3M2090
Scotch 810 Magic Tape	3M	3M810
Generatore di forme d'onda arbitrarie	Agilent	HP33250A
Alimentatore/Fornitore di tensione digitale	Agilent	E3634A
Trasduttore piezoelettrico ad anello	American Piezo Company	item91
Modulatore elettro-ottico	Con-Optics	350− 80-LA
Amplificatore per Modulatore Elettro-ottico	Con-Optics	302RM
Mitutoyo NIR Obiettivo Corretto all'infinito	Edmund optics	46-404	Prodotto da Mitutoyo e Distribuito da Edmund optics
LOCTITE SUPER COLLA LONGNECK BOTTLE	Loctite	230992
stampante 3D	MakerBot	Replicator 2
Polilattico filamento acido (PLA)	MakerBot	True Red PLA Small Spool
Sistema di acquisizione dati	National Instruments	780114-01
Fotorivelatore a celle a quadrante	Newport	2031
Stadio traslazionale	Newport	562-XYZ
Microscopio ottico invertito	Nikon Instruments	EclipsTE2000
Filtro a fluorescenza (verde)	Nikon Instruments	G-2B
Fotocamera Flea3/CCD	Punto Grigio	FL3-U3-13S2M-CS	Laser di intrappolamento
Diodo pompato al neodimio ittrio vanadato (Nd:YVO4)Spectra	Physics	J20I-8S-12K/ BL-106C
Ossido di indio stagno (ITO) Vetrini coprioggetti rivestiti	SPI fornisce	06463B-AB	Microparticelle di polistirene
Vernice d'argento ad asciugatura rapida	Tedpella	16040-30
Dri-Cal standard di dimensioni	Thermo Scientific	DC-20
fibra ottica	Thorlabs	P1− 1064PM-FC-5	piastra inferiore
Piastra in alluminio	Thorlabs	CP4S
Amplificatore di potenza ad alta tensione	TREK	PZD700A M/S