Nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑
Summary
우리 nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자를 광학 트랩을 절차를 설명 합니다.
Abstract
Plasmonic 광학 족집게 기존의 멀리 분야 광학 족집게의 회절 한계를 극복 하기 위해 개발 되었습니다. 트랩 및 교통 행동의 다양 한 전시 하는 nanostructures의 배열을 plasmonic 광학 격자에 의하여 이루어져 있다. 우리 보고 트랩에서 간단한 사각형 nanoplasmonic 광학 격자 마이크로 입자를 실험 절차. 우리는 또한 광학 설치 및 nanoplasmonic 배열의 nanofabrication 설명합니다. 광학 잠재력 조명 980 nm 파장, 그리고 흥미로운 플라스몬 공명 가우스 빔과 금 nanodiscs의 배열에 의해 생성 됩니다. 입자의 모션은 형광 영상에 의해 모니터링 됩니다. Photothermal 대류를 억제 하는 체계 또한 최적의 트랩 가능한 광학 힘을 증가를 설명 합니다. 대류의 낮은 온도에 샘플을 냉각 물 매체의 0에 가까운 열 팽창 계수를 이용 하 여 이루어집니다. 단일 입자 전송 및 여러 입자 트랩 여기 보고 됩니다.
Introduction
마이크로 스케일 입자의 광학 트래핑 1970 년대 초반에 아서 요구에 의해 원래 개발 되었다. 그것의 발명 이후 기술은 마이크로 및 nanomanipulation1,2에 대 한 다양 한 도구로 개발 되었습니다. 기존의 광학 트래핑 멀리 필드에 따라 초점 원리는 본질적으로 제한 트래핑 포스 극적으로 감소 하는 어떤 점에서 그것의 공간 감 금에서 회절에 의해 (다음 한 ~반지름의 입자에 대 한3 법 한) 3. 이러한 회절 한계를 극복 하기 위해 연구원 근처-필드 광학 트래핑 기술을 사용 하 여 plasmonic 금속 nanostructures 사라져 광학 필드에 따라 개발 하 고, 또한, 나노 스케일의 트랩에 개체 단일 단백질 분자 되었습니다 시연된4,5,6,7,,89,10,11. 또한, plasmonic 광학 격자 마이크로-나노와 여러 입자 스태킹11,12의 장거리 수송을 수 여 하 주기 plasmonic nanostructures의 배열에서 만들어집니다. 광학 격자에 트래핑을 방해 한 주요 장애물이 photothermal 대류 이며 노력 만들어진 명료 하 게 그것의 효과를 여러 그룹14,15,,1617. 그린의 기능을 사용 하 여, Baffou 그 외 여러분 각 plasmonic nanostructure 포인트 히터로 모델링 하 여 온도 프로 파일을 계산 있고 그들의 모델14를 실험적으로 검증. Toussant의 그룹은 또한 입자 velocimetry15플라스몬 유도 된 대류를 측정 했다. 작가 그룹은 또한 특징 근처-필드와 convectional 전송 하 고 photothermal 대류16,17를 억제 하는 엔지니어링 전략 시연.
여기 우리 plasmonic 광학 격자와 광학 설치 및 특히 트래핑 실험에 대 한 자세한 절차의 디자인을 제시. 광학 잠재력 조명 느슨하게 집중된 가우스 빔과 금 nanodiscs의 배열을 만들었습니다. 최적의 트래핑에 대 한 샘플 (~ 4 ° C) 낮은 온도를 아래로 냉각 하 여 photothermal 대류를 억제 하는 체계는 또한 설명 여기17. Boussinesq 근사에서 자연 대류 속도 u 에 대 한 예상 작업량은 u에 의해 주어진 ~L2 gβΔT / v, L 가 열 소스와 Δ의 길이 규모 T 는 참조 난방 때문에 상대적으로 증가 하는 온도입니다. g 와 β 는 중력 가속도 및 열팽창 계수, 각각입니다. 온도 4 ° c에서 물 매체의 밀도 비정상적인 온도 전시 하 고이 0에 가까운 열 확장 계수 및, 따라서, vanishingly 작은 photothermal 대류로 변환 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 절차에는 안정적으로 매일 트래핑을 재현 하는 독자 수 있습니다. 사용 가능한 광학 격자 디자인 일반적인 경험적 지침 plasmonic nanoarray, interdisc 거리에 대 한 유사한 크기를 사용 하 고 갇혀 입자 크기. 하나의 분리 된 plasmonic nanostructure에 비해 높은 광 출력을 크게 여기 사용 ~ 4 ° C에 샘플을 냉각 하 여 여유와 함께에서 광학 격자 디자인 트래핑 확률을 향상 시킵니다. 잘 분리, plasmo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Y. 토니 Y. 자금 지원을 과학과 기술 부여 번호 가장 105-2221-E-007-MY3 아래와 보조금 번호 105N518CE1 및 106N518CE1에서 국립 소 천 Hua 대학에서 인정 하 고 싶습니다.
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 |
Riferimenti
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