Plasmoniska fånga och Release av nanopartiklar i en övervaknings miljö
Summary
Ett mikrochip tillverkningsprocessen som innehåller plasmoniska pincett presenteras här. Mikrochipet möjliggör avbildning av en instängd partikel för att mäta maximal fångstkrafter.
Abstract
Plasmoniska pincett använder ytan plasmon polaritons att begränsa polariserbara nanoobjekt. Bland de olika mönster av plasmoniska pincett kan endast ett fåtal observera immobiliserade partiklar. Dessutom har ett begränsat antal studier experimentellt uppmätta de exertable krafterna på partiklarna. Mönstren kan klassas som den utskjutande nanodisk typ eller den undertryckta nanohole typ. För de senare är mikroskopisk observation extremt utmanande. I detta dokument, är en ny plasmoniska pincett som infördes för att övervaka partiklar, både i riktningar parallella och ortogonala till den symmetriska axeln hos en plasmoniska nanohole struktur. Denna funktion gör det möjligt för oss att observera rörelsen hos varje partikel nära kanten av nanohole. Dessutom kan vi kvantitativt uppskatta maximala fångstkrafterna med hjälp av en ny fluidic kanal.
Introduction
Förmågan att manipulera mikro föremål är en oumbärlig funktion för många mikro- / nano experiment. Direktkontakt manipulationer kan skada de manipulerade objekt. Släpper de tidigare höll objekten är också utmanande på grund av klibbning problem. För att övervinna dessa problem, flera indirekta metoder med användning av fluid 1, elektrisk två, magnetisk 3, eller fotoniska krafter 4, 5, 6, 7, 8 har föreslagits. Plasmoniska pincett som använder fotoniska krafter är baserade på fysik extraordinära fält förbättring flera order större än den infallande intensiteten 9. Denna extremt starka fält förbättring möjliggör fångst av extremt små nanopartiklar. Till exempel har det visat sig att immobilisera och manipulera nanoföremål, såsom polystyrenpartiklar 7, 10, 11, 12, 13, 14, polymerkedjor 15, proteiner 16, kvantprickar 17, och DNA-molekylerna 8, 18. Utan plasmoniska pincett, är det svårt att fälla nanopartiklar eftersom de snabbt försvinner innan de är effektivt undersökas eller för att de är skadade på grund av den höga intensiteten hos lasern.
Många plasmoniska studier har använt olika nanoguldstrukturer. Vi kan kategoriguldstrukturer som utskjutande nanodisk typer 12, 13, 14, 15, 19 <supp>, 20, 21 eller undertryckta nanohole typer 7, 8, 10, 11, 22, 23. När det gäller bild bekvämlighet, de nanodisk typer är mer lämpade än nanohole typerna eftersom det senare kan guldsubstrat hindra observation view. Dessutom plasmoniska fånga inträffar nära plasmoniska struktur och gör observation ännu svårare. Så vitt vi vet plasmoniska fångst på nanohole typer endast verifieras med indirekta spridningssignaler. Men inga framgångsrika direkta observationer, såsom mikroskopiska bilder, har rapporterats. Få studier har beskrivit läget hos fångade partiklar. Ett sådant resultat presenterades av Wang et al. De skapade en guldpelare på ett guld substrat och observerade partikeln rörelse med användning av en fluorescensmikroskop 24. Emellertid är detta bara effektivt för att övervaka laterala rörelser inte i riktning parallell med strålens axel.
I denna uppsats presenterar vi nya fluid mikrochip design och tillverkningsprocedurer. Med användning av detta chip, visar vi övervakningen av plasmonically fångade partiklar, både i riktningar parallella och vinkelräta mot plasmoniska nanostrukturen. Dessutom mäter vi maximal kraft immobiliserade partikeln genom att öka strömningshastigheten för att hitta tipphastigheten i mikrochip. Denna studie är unik eftersom de flesta studier på plasmoniska pincett inte kvantitativt kan visa de maximala fångstkrafterna som används i deras experimentella uppställningar.
Protocol
Representative Results
Discussion
SMF kabel insattes i SMF kabelhålet på mikrochipset, som visas i den rektangulära prick av figur 6a. Eftersom SMF kabelhålet är större än kabeldiametern, var epoxy lim som används för att täta gapet för att blockera läckage av den strömmande partikellösningen. Före tillämpningen av epoxilim, bör guldblocket och kabel kant vara koaxiellt inriktade för hand med användning av ett mikroskop. Även om det är idealiskt för den införda kabeln kanten och nanohole som skall koaxiellt inrikt…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av forskning, utveckling program för MSIP / IITP (R0190-15-2040, Utveckling av ett innehåll konfigurationshanteringssystem och en simulator för 3D utskrift med smarta material).
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).
