Plasmonic fangst og utløsning av nanopartikler i et Monitoring Miljø
Summary
En mikrobrikke fabrikasjonsprosess som inkorporerer Plasmonic pinsett er presentert her. Den mikrobrikke muliggjør avbildning av en fanget partikkel for å måle maksimal overlapping krefter.
Abstract
Plasmonic pinsett bruke overflate plasmon polaritons å begrense polarnanoskala stedene. Blant de forskjellige utførelser av Plasmonic pinsett, kan bare noen få observere immobiliserte partikler. Videre er et begrenset antall studier har eksperimentelt målt exertable krefter på partiklene. Konstruksjonene kan bli klassifisert som den utstående nanodisk typen eller den undertrykte nanohole typen. For sistnevnte er mikroskopisk observasjon ekstremt utfordrende. I dette papiret, er en ny plasmonic pinsett systemet innført for å overvåke partikler, både i retninger parallelle og ortogonale til den symmetriske akse av en plasmonic nanohole struktur. Dette trekk gjør det mulig å observere bevegelsen av hver partikkel nær kanten av nanohole. Videre kan vi kvantitativt beregne maksimal fangst krefter ved hjelp av en ny fluidic kanal.
Introduction
Evnen til å manipulere mikroskala objekter er en uunnværlig egenskap for mange mikro / nano eksperimenter. Direkte kontakt manipulasjoner kan skade de manipulerte stedene. Frigjøring av tidligere hatt objektene er også utfordrende på grunn av stiksjonsproblemer. For å overvinne disse problemene, flere indirekte metoder ved hjelp av fluidisk 1, 2 elektrisk, magnetisk 3, eller fotoniske krefter 4, 5, 6, 7, 8 er blitt foreslått. Plasmonic pinsett som bruker fotoniske krefter er basert på fysikken av ekstraordinære feltøkning flere ordrer som er større enn den innfallende intensitet 9. Denne ekstremt sterkt felt ekstrautstyr gjør det mulig for fangst av ekstremt små nanopartikler. For eksempel har det vist seg å immobilisere og manipulere nanoskalagjenstander, for eksempel polystyren-partikler 7, 10, 11, 12, 13, 14, polymerkjeder 15, proteiner 16, kvanteprikker 17, og DNA-molekyler 8, 18. Uten Plasmonic pinsett, er det vanskelig å fange nanopartikler fordi de raskt forsvinne før de er effektivt undersøkt eller fordi de er skadet på grunn av den høye intensiteten av laser.
Mange Plasmonic studier har brukt ulike nanoskala gull strukturer. Vi kan kategorisere gull strukturer som stikker ut nanodisk typene 12, 13, 14, 15, 19 <sopp>, 20, 21 eller undertrykt nanohole typer 7, 8, 10, 11, 22, 23. Når det gjelder avbildning bekvemmelighet, er nanodisk typer er mer egnet enn de nanohole typer fordi, for det sistnevnte, kan de gull substratene hindre observasjons visningen. Videre plasmonic fangst skjer nær plasmonic struktur og gjør observasjonen enda mer utfordrende. Så langt vi kjenner til, ble plasmonic fangst på nanohole typer kun bekreftet ved hjelp av indirekte spredning signaler. Men ingen vellykkede direkte observasjoner, for eksempel mikroskopiske bilder, har blitt rapportert. Noen få studier har beskrevet stilling fanget partikler. Et slikt resultat ble presentert av Wang et al. De skapte en gull søyle på en gull substrat og observerte pArtikkelen bevegelse ved hjelp av et fluorescensmikroskop 24. Dette er imidlertid kun effektiv for overvåking av sidebevegelser ikke i retningen parallelt med bjelkens akse.
I denne artikkelen presenterer vi nye fluidic mikrobrikke design og fabrikasjon prosedyrer. Ved hjelp av denne chip, demonstrerer vi overvåking av plasmonically fangede partikler, både i retninger parallelle og ortogonale til den plasmonic nanostrukturen. Videre har vi måle den maksimale kraft av den immobiliserte partikler ved å øke fluidhastigheten for å finne den tipping hastighet i mikrobrikke. Denne studien er unik fordi de fleste studier på Plasmonic pinsett ikke kan kvantitativt vise maksimal fangst krefter brukes i deres eksperimentelle oppsett.
Protocol
Representative Results
Discussion
SMF kabelen ble innsatt i SMF kabelen hullet på mikrobrikke, som vist i den rektangulære dot i figur 6a. På grunn av at SMF kabelen hullet er større enn kabelens diameter, ble epoksylim benyttes for å tette spalten for å blokkere lekkasje av det strømmende partikkel løsning. Før påføring av epoksylim, bør det gull blokken og kabel kant være koaksialt innrettet for hånd ved hjelp av et mikroskop. Selv om det er ideell for kabelen kant satt inn og nanohole å være koaksialt innrettet, kan e…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeid ble støttet av IKT R & D program av MSIP / IITP (R0190-15-2040, Utvikling av et innhold konfigurasjon styringssystem og en simulator for 3D-utskrift ved hjelp av smarte materialer).
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).
