Plasmonische Trapping en het vrijkomen van nanodeeltjes in een Monitoring Milieu
Summary
Een microchip fabricageproces dat plasmonische pincet opgenomen wordt hier gepresenteerd. De microchip maakt het afbeelden van een gevangen deeltje trapping maximale krachten meten.
Abstract
Plasmonische pincet gebruiken surface plasmon polaritonen om polariseerbare nanoschaal objecten beperken. Onder de verschillende ontwerpen van plasmonische pincet, kan slechts een paar geïmmobiliseerde deeltjes observeren. Bovendien zijn een beperkt aantal studies experimenteel gemeten exertable krachten op de deeltjes. De ontwerpen kunnen worden aangemerkt als de uitstekende soort nanodisk of de onderdrukte nanohole type. Voor deze laatste, microscopische observatie is zeer uitdagend. In dit artikel wordt een nieuw plasmonische pincet ingevoerde deeltjes, die beide in richtingen parallel en loodrecht op de symmetrieas van een plasmon nanohole structuur. Deze functie maakt het mogelijk om de beweging van elk deeltje observeren nabij de rand van de nanohole. Bovendien kunnen we kwantitatief schatten de maximale vangst krachten met behulp van een nieuwe vloeistofkanaal.
Introduction
De mogelijkheid om microschaal objecten te manipuleren is een onmisbare functie voor veel micro / nano-experimenten. Direct contact manipulaties kunnen de gemanipuleerde objecten beschadigen. Het loslaten van de eerder gehouden voorwerpen is ook een uitdaging vanwege stiction problemen. Om deze problemen te overwinnen, verschillende indirecte werkwijzen waarbij fluïdische 1, 2 elektrische, magnetische 3 of fotonische krachten 4, 5, 6, 7, 8 voorgesteld. Plasmpnische trekker waarmee fotonische krachten gebruiken zijn gebaseerd op de fysische buitengewone veldversterking verscheidene orden groter is dan de invallende intensiteit 9. Deze uiterst sterke veld enhancement maakt het vangen van extreem kleine nanodeeltjes. Zo is aangetoond immobiliseren en te manipuleren nanoschaalvoorwerpen, zoals polystyreendeeltjes 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 polymeerketens, 16 eiwitten, quantum dots 17 en DNA-moleculen 8, 18. Zonder plasmonische pincet, is het moeilijk te controleren nanodeeltjes omdat ze snel verdwijnen voordat ze daadwerkelijk zijn onderzocht of omdat ze beschadigd door de hoge intensiteit van de laser.
Vele plasmonische studies hebben gebruik gemaakt van verschillende nanoschaal goud structuren. We kunnen de goudstructuren indelen als uitstekende nanodisk types 12, 13, 14, 15, 19 <sup>, 20, 21 of onderdrukt nanohole types 7, 8, 10, 11, 22, 23. Qua beeldvorming gemak typen nanodisk zijn geschikter dan de soorten nanohole omdat in het laatste geval kan de goudsubstraten de waarnemingsoverzicht belemmeren. Bovendien is de plasmonische trapping optreedt nabij het plasmonische structuur en maakt waarneming nog lastiger. Om het beste van onze kennis, werd plasmonische trapping op nanohole types alleen geverifieerd met behulp van indirecte verstrooiing signalen. Er zijn echter geen succesvolle directe waarnemingen, zoals microscopische beelden, zijn gemeld. Er zijn maar weinig studies hebben de positie van de gevangen deeltjes beschreven. Een voorbeeld van zo'n resultaat werd gepresenteerd door Wang et al. Creëerden ze een gouden pilaar op een gouden ondergrond en observeerde de pArtikel beweging met behulp van een fluorescentiemicroscoop 24. Dit is echter alleen effectief voor het bewaken zijwaartse bewegingen niet in de richting parallel aan de bundelas.
In dit artikel introduceren we nieuwe fluidic microchip ontwerp en de fabricage procedures. Met deze chip tonen we de controle op plasmonically ingesloten deeltjes, zowel in richtingen parallel en loodrecht op de plasmonische nanostructuur. Verder meten we de maximale kracht van het geïmmobiliseerde deeltje door verhoging van de fluïdumsnelheid als het kantelpunt snelheid in de microchip vinden. Deze studie is uniek omdat de meeste studies over plasmonische pincet kan niet kwantitatief de maximale trapping krachten die in hun experimentele opstellingen te tonen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De SMF kabel werd ingevoegd in de SMF kabelgat de microchip, zoals in de rechthoekige stip van figuur 6a. Omdat de SMF kabelgat groter dan de kabeldiameter, werd epoxylijm gebruikt om het gat af te dichten om de lekkage van de stromende deeltjes oplossing blokkeren. Vóór het aanbrengen van epoxylijm, moet het goud blok kabelrand coaxiaal uitgelijnd met de hand met behulp van een microscoop. Hoewel het ideaal voor de ingebrachte kabelrand en nanohole coaxiaal uitgelijnd, kan een kleine speling getolere…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de ICT-R & D-programma van MSIP / IITP (R0190-15-2040, Ontwikkeling van een inhoud configuratie management-systeem en een simulator voor 3D printen met behulp van slimme materialen).
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 |
Riferimenti
- 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).
