Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ
Summary
我々 は光 nanoplasmonic 光格子中の微小粒子をトラップするための手順について説明します。
Abstract
プラズモニック光ピンセットは、従来遠方の光ピンセットの回折限界を克服するために開発しました。プラズモニック光格子は、様々 なトラップやトランスポートの動作を表わすナノ構造体の配列で構成されています。単純な正方形 nanoplasmonic 光格子中の微小粒子をトラップする実験の手順を報告する.光のセットアップでは、nanoplasmonic 配列のナノ加工について述べる。光学ポテンシャルが 980 nm の波長とエキサイティングなプラズモン共鳴のガウスビームによる金 nanodiscs の配列の照明によって作成されます。粒子の運動は、蛍光イメージングによって監視されます。最適なトラップに使用可能な光学力を高める光熱対流を抑制する方式を述べる.対流の抑制は低温冷却水媒体のゼロに近い熱膨張係数を利用して実現されます。単一粒子輸送と複数の粒子の捕集は、ここで報告されます。
Introduction
微小粒子の光学トラップはもともと、1970 年代初頭にアーサー Askin によって開発されました。その発明以来、技術をマイクロ ・ ナノマニピュレーション1,2のための多目的なツールとして開発しました。従来光トラップ、遠方に基づく原理本質的にによって制限されます前記捕捉力が大幅に低下、その空間的閉じ込めで回折 (以下、〜半径の粒子の3法)3このような回折限界を克服するために研究者は、プラズモニック金属ナノ構造を用いたエバネッ セント光フィールドに基づいて近接場光学トラップ技術を開発したと、さらに、ナノスケールのトラップ オブジェクトをダウン。単一タンパク質分子は、実証4,をされている5,6,7,8,9,10,11。また、プラズモニック光格子は、マイクロとナノ粒子と複数粒子積層11,12の長距離輸送を授与する周期プラズモン ナノ構造の配列から作成されます。光格子中のトラップを破壊する 1 つの主要な障害は光熱対流といくつかグループ14,15,16,17によってその効果を明らかにする努力を行った。グリーン関数を用いたと Baffouらポイント ヒーターとして各プラズモニック ナノ構造をモデル化した温度分布を計算して、実験的検証、モデル14。・ トゥーサンのグループはまた粒子流速計15プラズモン誘起対流を測定しています。著者のグループも近距離と対流輸送を特徴とし、光熱対流16,17を抑制するエンジニア リング戦略を示した。
ここプラズモニック光格子を用いた光学セットアップとトラップ実験の具体的には詳細な手順の設計を提案します。光学ポテンシャルは緩く集束ガウスビームのゴールドの nanodiscs の配列を照明によって作成されました。低温 (~ 4 ° C) にサンプルを冷却することにより最適なトラップを光熱対流を抑制する方式はここ17について述べる。ブジネスク近似の下で自然対流速度uの一桁の見積もりは u によって与えられる 〜L2 gβΔT / v、 Lが熱源と Δ の長さスケールTは、加熱による基準温度上昇です。 g及びβは、それぞれ重力加速度と熱膨張係数。4 ° C の近くの温度で水媒体の密度を表わす異常温度依存性とゼロに近い熱膨張係数と、それゆえ、非常に小さな光熱対流につながります。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで説明する手順日常的にトラップを確実に再現することができます。使用可能な光の格子をデザインする一般的な実証的ガイドライン プラズモニック nanoarray、interdisc の距離に匹敵するサイズを使用して粒を捕捉します。単一プラズモニック ナノ構造と比較して、ここで大幅に使用される ~ 4 ° C にサンプルを冷却によって与えられる高い光出力と組み合わせて光学格子デザインはトラ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Y. t. Y. は資金援助科学技術 [許可番号最も 105-2221-E-007-MY3 省許可番号 105N518CE1 と 106N518CE1 の下、国立清華大学から認めたいと思います。
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).
