Plasmonische Trapping und Freisetzung von Nanopartikeln in einer Monitoring-Umgebung
Summary
Ein Mikrochip Herstellungsverfahren, die Plasmonen Pinzette umfasst wird hier vorgestellt. Der Mikrochip ermöglicht die Abbildung eines eingeschlossenen Teilchen maximal Trapping Kräfte zu messen.
Abstract
Plasmonische Pinzette Oberflächenplasmon Polaritonen polarisierbaren nanoskaligen Objekten zu beschränken. Unter den verschiedenen Designs plasmonischer Pinzette, nur wenige können immobilisierte Teilchen beobachten. Darüber hinaus haben eine begrenzte Anzahl von Studien experimentell die ausübbaren Kräfte auf die Partikel gemessen. Die Entwürfe können als den vorstehenden Nanoscheibentyp oder unterdrückt nanohole Typ klassifiziert werden. Für letztere ist eine mikroskopische Beobachtung extrem anspruchsvoll. In diesem Beitrag wird ein neues System eingeführt plasmonic tweezer Partikel zu überwachen, die beide in Richtungen parallel und senkrecht zu der Symmetrieachse einer plasmonic nanohole Struktur. Diese Funktion ermöglicht es, die Bewegung der einzelnen Teilchen in der Nähe des Randes des nanohole zu beobachten. Darüber hinaus können wir quantitativ die maximalen Fangkräfte schätzen einen neuen fluidischen Kanal.
Introduction
Die Fähigkeit mikroskaligen Objekte zu manipulieren, ist ein unverzichtbares Merkmal für viele Mikro- / Nano-Experimente. Der direkte Kontakt Manipulationen können die manipulierten Objekte beschädigen. die bisher gehaltenen Objekte Releasing ist auch wegen der Haft- Probleme herausfordernd. Unter Verwendung dieser Probleme, mehrere indirekte Verfahren fluidischen 1, 2 elektrische, magnetische 3 oder photonische Kräfte 4, 5, 6, 7, 8 zu überwinden , vorgeschlagen worden. Plasmonische Pinzette , die photonische Kräfte verwenden , wird auf der Grundlage der Physik der außergewöhnlichen Feldverstärkung mehr Aufträge größer als die Lichtintensität 9. Diese extrem starke Feldüberhöhung ermöglicht das Einfangen von extrem kleinen Nanopartikeln. Zum Beispiel hat es sich als nanoskalige gezeigt zu immobilisieren und zu manipulierenObjekte, wie Polystyrolteilchen 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 Polymerketten, Proteine 16, Quantenpunkte 17 und DNA – Molekül , 8, 18. Ohne plasmonic Pinzette ist es abzufangen Nanopartikeln schwierig, weil sie schnell verschwinden, bevor sie wirkungsvoll untersucht werden, oder weil sie aufgrund der hohen Intensität des Lasers beschädigt werden.
Viele plasmonic Studien haben verschiedene nanoskalige Goldstrukturen. Wir können die Goldstrukturen als vorstehende Nanoscheibentypen 12, 13, 14, 15, 19 kategorisieren <sbis>, 20, 21 oder unterdrückt nanohole Typen 7, 8, 10, 11, 22, 23. In Bezug auf die Abbildungs Bequemlichkeit sind die Nanoscheibentypen besser geeignet als die nanohole Typen da, für die letztere, die Goldsubstraten die Beobachtung Sicht versperren können. Darüber hinaus tritt das Plasmonen-Trapping in der Nähe der Plasmonen Struktur und macht Beobachtung noch schwieriger. Nach bestem Wissen unserer Erkenntnisse wurde plasmonic Trapping auf nanohole Typen verifiziert nur indirekte Streusignale. Jedoch keine erfolgreichen direkten Beobachtungen, wie mikroskopische Aufnahmen, wurden berichtet. Nur wenige Studien haben die Position der gefangenen Partikel beschrieben. Ein solches Ergebnis wurde von Wang et al. Sie schufen eine Gold-Säule auf einem Goldsubstrat und beobachtet die pArtikel Bewegung eines Fluoreszenzmikroskops unter Verwendung von 24. Dies ist jedoch nur dann wirksam zur Überwachung seitliche Bewegungen nicht in Richtung parallel zur Strahlachse.
In diesem Beitrag stellen wir neue fluidischen Mikrochip-Design und Herstellungsprozeduren. Unter Verwendung dieses Chip demonstrieren wir die Überwachung von plasmonically eingeschlossenen Teilchen, sowohl in Richtungen parallel und senkrecht zu der Plasmonen Nanostruktur. Darüber hinaus messen wir die maximale Kraft des immobilisierten Partikel durch die Fluidgeschwindigkeit die Erhöhung der tipping Geschwindigkeit in dem Mikrochip zu finden. Diese Studie ist einzigartig, weil die meisten Studien auf Plasmonen Pinzette nicht quantitativ die maximalen Fangkräfte in ihren Versuchsaufbauten verwendet wurden, zeigen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das SMF – Kabel wurde in dem SMF Kabelloch auf dem Mikrochip eingesetzt ist , wie es in dem rechteckigen Punkt der 6a gezeigt. Da das SMF Kabelloch größer als das Kabeldurchmesser ist, wurde Epoxidkleber verwendet, um den Spalt abzudichten das Austreten der fließenden Partikellösung zu blockieren. Vor der Anwendung von Epoxidkleber, sollte der Goldblock und Kabelrand koaxial mit der Hand unter Verwendung eines Mikroskops ausgerichtet werden. Obwohl es für die eingelegte Kabelkante und der nanohole …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von dem ICT-F & E-Programm von MSIP / IITP (R0190-15-2040, Entwicklung eines Inhalt Konfigurationsmanagementsystem und ein Simulator für die 3D-Druck mit intelligenten Materialien) unterstützt.
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 |
References
- 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).
