Captura de partículas Micro en enrejado óptico Nanoplasmonic
Summary
Se describe un procedimiento para atrapar ópticamente micro-partículas en enrejado óptico nanoplasmonic.
Abstract
La plasmónica pinzas ópticas ha sido desarrollado para superar los límites de la difracción de las pinzas ópticas convencionales de campo lejano. Plasmónica enrejado óptico consiste en una matriz de nanoestructuras, que exhiben una variedad de captura y transporte de comportamientos. Nos informe los procedimientos experimentales para atrapar micro-partículas en un enrejado óptico simple nanoplasmonic cuadrados. También describimos la configuración óptica y la nanofabricación de una matriz de nanoplasmonic. El potencial óptico se crea mediante la iluminación de una matriz de nanodiscs de oro con un haz gaussiano de longitud de onda de 980 nm y emocionante resonancia de plasmón. El movimiento de las partículas es supervisado por la proyección de imagen de la fluorescencia. También se describe un plan para suprimir la convección fototérmica para aumentar la potencia óptica utilizable para la captura óptima. Supresión de la convección se logra enfriamiento de la muestra a baja temperatura y utilizando el coeficiente de expansión térmica cercano a cero de un medio de agua. Transporte de partículas individuales y múltiples trampas de partículas se divulgan aquí.
Introduction
La captura óptica de partículas a escala micro fue desarrollada originalmente por Arthur Askin en la década de 1970. Desde su invención, la técnica se ha desarrollado como una herramienta versátil para el micro y nanomanipulación1,2. Convencionales óptico captura basándose en el campo lejano enfoque principio intrínsecamente limitada por la difracción en su confinamiento espacial, en donde la fuerza de captura disminuye dramáticamente (siguiente un ~unaley3 para una partícula de radio un) 3. para superar esos límites de difracción, los investigadores han desarrollado técnicas de captura óptica de campo cercano del campo evanescente óptico utilizando nanoestructuras plasmónica de metálico y, además, la captura de nanoescala objetos a las moléculas de proteína solo ha sido demostrada4,5,6,7,8,9,10,11. Por otra parte, la red óptica plasmónica nace de matrices de nanoestructuras plasmónica periódica para transporte de largo alcance de micro – y nanopartículas y múltiples partículas apilamiento11,12. Un obstáculo importante para interrumpir la captura en un enrejado óptico es convección fototérmica y se han hecho esfuerzos para aclarar sus efectos por varios grupos14,15,16,17. Usando la función de Green, Baffou et al. calcular un perfil de temperatura modelando cada nanoestructuras plasmónica como un calentador de punto y luego validado experimentalmente su modelo14. Grupo de Toussant también ha medido la convección inducida por plasmones con partícula velocimetry15. Grupo del autor ha caracterizado transporte cerca campo y convencionales y demuestra una estrategia de ingeniería para suprimir la convección de fototérmica16,17.
Aquí presentamos el diseño de una configuración óptica y un procedimiento detallado específicamente para experimentos de captura con red óptica plasmónica. El potencial óptico fue creado mediante la iluminación de una matriz de nanodiscs de oro con un haz gaussiano enfocado libremente. Un plan para suprimir la convección fototérmica de enfriar la muestra a una temperatura baja (~ 4 ° C) para la captura óptima es también describir aquí17. En aproximación de Boussinesq, da una estimación de orden de la magnitud de la velocidad de convección natural u por u ~L2 gβΔT / v, donde L es la escala de longitud de la fuente de calor y Δ T es el aumento de la temperatura en relación con la referencia debido a la calefacción. g y β son la aceleración de la gravedad y el coeficiente de expansión térmica, respectivamente. En las temperaturas cerca de 4 ° C, la densidad del medio agua exhibe dependencia anómala de la temperatura y esto se traduce en un coeficiente de expansión térmica cercano a cero y, por tanto, una convección fototérmica vanishingly pequeñas.
Protocol
Representative Results
Discussion
El procedimiento aquí descrito permite al lector a reproducir confiablemente captura sobre una base diaria. Una pauta empírica general para el diseño de un enrejado óptico utilizable es utilizar un tamaño comparable para nanoarray plasmónica, distancia interdisc y atrapado de tamaño de partícula. Comparado con un nanoestructuras plasmónica solo, aislado, el diseño de enrejado óptico junto con la alta energía óptica proporcionada por el enfriamiento de la muestra a ~ 4 ° C utilizado aquí grandemente aumenta…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Y. T. Y. agradece a fondos del Ministerio de ciencia y tecnología bajo números de concesión más 105-2221-E-007-MY3 y de la Universidad Nacional Tsing Hua en grant números 105N518CE1 y 106N518CE1.
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 |
References
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