Nanoplasmonic ऑप्टिकल जाली में सूक्ष्म कणों का फँसाना
Summary
हम nanoplasmonic ऑप्टिकल जाली में ऑप्टिकली जाल माइक्रो कणों के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन ।
Abstract
plasmonic ऑप्टिकल नोचना को पारंपरिक सुदूर फील्ड ऑप्टिकल नोचना की विवर्तन सीमाओं से उबरने के लिए विकसित किया गया है । Plasmonic ऑप्टिकल जाली nanostructures की एक सरणी है, जो फंसाने और परिवहन व्यवहार की एक किस्म का प्रदर्शन शामिल हैं । हम एक साधारण वर्ग nanoplasmonic ऑप्टिकल जाली में माइक्रो कणों जाल करने के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं की रिपोर्ट. हम भी ऑप्टिकल सेटअप और एक nanoplasmonic सरणी के nanofabrication का वर्णन । ऑप्टिकल क्षमता ९८० एनएम तरंग दैर्ध्य की एक गाऊसी बीम के साथ सोने nanodiscs की एक सरणी रोशन द्वारा बनाई गई है, और रोमांचक plasmon अनुनाद । प्रतिदीप्ति इमेजिंग द्वारा कणों के प्रमोशन पर नजर रखी जाती है । photothermal संवहन को दबाने के लिए एक योजना इष्टतम ट्रैपिंग के लिए प्रयोग करने योग्य ऑप्टिकल शक्ति को बढ़ाने के लिए भी वर्णित है । संवहन का दमन एक कम तापमान के लिए नमूना ठंडा द्वारा हासिल की है, और एक पानी के माध्यम के पास शूंय थर्मल विस्तार गुणांक का उपयोग । दोनों एकल कण परिवहन और कई कण ट्रैपिंग यहां रिपोर्ट कर रहे हैं ।
Introduction
सूक्ष्म पैमाने पर कणों के ऑप्टिकल ट्रैपिंग मूल रूप से 1970 के दशक में आर्थर Askin द्वारा विकसित किया गया था । कभी अपने आविष्कार के बाद से, तकनीक सूक्ष्म और nanomanipulation1,2के लिए एक बहुमुखी उपकरण के रूप में विकसित किया गया है । सुदूर क्षेत्र ध्यान केंद्रित सिद्धांत के आधार पर पारंपरिक ऑप्टिकल फँसाना स्वाभाविक रूप से अपनी स्थानिकता में विवर्तन द्वारा सीमित है, जिसमें ट्रैपिंग बल नाटकीय रूप से कम हो जाती है (निम्नलिखित एक ~ त्रिज्या के एक कण के लिएएक3 कानून क) 3. ऐसी विवर्तन सीमा पर काबू पाने के लिए, शोधकर्ताओं के पास क्षेत्र ऑप्टिकल फँसाने तकनीक evanescent ऑप्टिकल plasmonic धातुई nanostructures का उपयोग कर क्षेत्र के आधार पर विकसित किया है और, इसके अलावा, नेनो वस्तुओं के फँसाने के लिए नीचे एकल प्रोटीन अणुओं को4,5,6,7,8,9,10,11का प्रदर्शन किया गया है । इसके अलावा, plasmonic ऑप्टिकल जाली आवर्ती plasmonic nanostructures के arrays से सूक्ष्म और नैनोकणों और एकाधिक कण stacking11,12की लंबी दूरी की परिवहन प्रदान करने के लिए बनाया गया है । एक ऑप्टिकल जाली में फँसाने को बाधित करने के लिए एक प्रमुख बाधा photothermal संवहन है और कई समूहों द्वारा अपने प्रभाव को स्पष्ट करने के लिए प्रयास किया गया है14,15,16,17. ग्रीन के समारोह का प्रयोग, Baffou एट अल. एक बिंदु हीटर के रूप में प्रत्येक plasmonic nanostructure मॉडलिंग से एक तापमान प्रोफ़ाइल की गणना की है और फिर प्रयोग अपने मॉडल14मांय । Toussant के समूह ने भी कण velocimetry के साथ plasmon-प्रेरित संवहन मापा है15. लेखक के समूह भी दोनों के निकट क्षेत्र और convectional परिवहन विशेषता है और एक इंजीनियरिंग के लिए photothermal संवहन16,17दमन रणनीति का प्रदर्शन किया ।
यहाँ हम एक ऑप्टिकल सेटअप और plasmonic ऑप्टिकल जाली के साथ प्रयोगों फँसाने के लिए विशेष रूप से एक विस्तृत प्रक्रिया के डिजाइन प्रस्तुत करते हैं. ऑप्टिकल क्षमता एक ढीला केंद्रित गाऊसी बीम के साथ सोने nanodiscs की एक सरणी रोशन द्वारा बनाया गया था । इष्टतम ट्रैपिंग के लिए एक कम तापमान (~ 4 डिग्री सेल्सियस) के लिए नीचे ठंडा करके photothermal संवहन को दबाने के लिए एक योजना भी यहां का वर्णन है17. Boussinesq सन्निकटन के तहत, प्राकृतिक संवहन वेग यू के लिए परिमाण अनुमान का एक आदेश यू द्वारा दिया जाता है ~एल2 gβΔटी / वी, जहां एल गर्मी स्रोत और Δ की लंबाई पैमाने पर है T ताप के कारण संदर्भ के सापेक्ष तापमान में वृद्धि होती है । g और β क्रमशः गुरुत्वाकर्षण त्वरण और तापीय विस्तार गुणांक हैं । 4 डिग्री सेल्सियस के पास तापमान पर, पानी के माध्यम का घनत्व विषम तापमान निर्भरता दर्शाती है और यह एक के पास शूंय थर्मल विस्तार गुणांक में तब्दील हो और, इसलिए, एक गायब छोटे photothermal संवहन ।
Protocol
1. ऑप्टिकल सेटअप
नोट: ऑप्टिकल सेटअप का सिद्धांत चित्र 1 . ऑप्टिकल नोचना किट सेट (सामग्री की तालिका देखें) और प्रतिदीप्ति मॉड्यूल (देखें सामग?…
Representative Results
Discussion
प्रक्रिया यहां वर्णित करने के लिए मज़बूती से एक दैनिक आधार पर फँसाने प्रतिलिपि पाठक सक्षम बनाता है । एक सामान्य अनुभवजंय दिशानिर्देश एक प्रयोग करने योग्य ऑप्टिकल जाली डिजाइन करने के लिए plasmonic nanoarray, डिस्?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
वाई. टी. वाई. अनुदान संख्या के तहत विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय से सबसे अधिक 105-2221-ई-007-MY3 और राष्ट्रीय Tsing Hua विश्वविद्यालय से अनुदान नंबर 105N518CE1 और 106N518CE1 के तहत वित्त पोषण सहायता स्वीकार करना चाहते हैं ।
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
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt.Lett. 11, 288-290 (1986).
- Grier, D. A revolution in optical manipulation. Nature. 424, 21-27 (2003).
- Wright, W. H., Sonek, G. J., Berns, M. W. Radiation on trapping forces with optical tweezers. Appl. Phys. Lett. 63, 715-717 (1993).
- Kawata, S., Tani, T. Optically driven Mie particles in an evanescent field along a channel waveguide. Opt. Lett. 21, 1768-1770 (1996).
- Yang, A. H. J., Moore, S. D., Schmit, B. S., Klug, M., Lipson, M., Erickson, D. Optical Manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides. Nature. 457, 71-75 (2009).
- Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. Optical manipulation with planar silicon microring resonators. Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).
- Mandal, S., Serey, X., Erickson, D. Nanomanipulation using silicon photonic crystal resonators. Nano Lett. 2010 (10), 99-104 (2010).
- Lin, S., Crozier, K. Planar silicon microrings as wavelength- multiplexed optical traps for storing and sensing particles. Lab Chip. 11, 4047-4051 (2011).
- Juan, M. L., Righini, M., Quidant, M., R, Plasmonic nano optical tweezers. Nat. Photon. 5, 349-356 (2011).
- Huang, J. S., Yang, Y. -. T. The origin and future of plasmonic optical tweezer. Nanomaterials. 5, 1048-1065 (2015).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of single protein. Nano Lett. 12, 402-406 (2012).
- 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, 4118-4122 (2013).
- Cuche, A., Stein, B., Canguier-Durand, A., Devaux, E., Genet, C., Ebbesen, T. W. Brownian motion in a designer force field: Dynamical effects of negative refraction on nanoparticles. Nano Lett. 12, 4329-4332 (2012).
- Baffou, G., Berto, P., Urena, E. B., Quidant, R., Monnert, S. J., Polleux, J., Righeault, H. Photoinduced heating of nanoparticle arrays. ACS Nano. 8, 6478-6488 (2013).
- Roxworthy, B. J., Bhuiya, A. M., Vanka, S. P., Toussant, K. C. Understanding and controlling plasmon-induced convection. Nat. Commun. 5, (2014).
- Yang, T. P., Yossifon, G., Yang, Y. -. T. Characterization of the near-field and convectional transport behavior of micro and nano particles in nanoscale plasmonic optical lattice. Biomicrofluidics. 10, 034102 (2016).
- Chen, Y. -. C., Yossifon, G., Yang, Y. -. T. Supression of phtothermal convection of micro particles in two dimensional nanoplamonic optical lattice. Appl. Phys. Lett. 109, 201111 (2016).
- Smith, D. . Thin film deposition: principles and practice. , (1995).
- Zehtabi-Oskuie, A., Bergeron, J. G., Gordon, R. Flow-dependent double-nanohole optical trapping of 20 nm polystyrene nanospheres. Sci. Rep. 2, 966 (2012).
- Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. Trapping and sensing 10 nm metal nanoparticles using plasmonic dipole antennas. Nano Lett. 10, 1006-1011 (2010).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film. Nano Lett. 2011 (11), 3763-3767 (2011).
