Nanoplasmonic optik kafes içinde mikro parçacıkların bindirme
Summary
Biz optik mikro-parçacıklar nanoplasmonic optik kafes tuzak açıklayınız.
Abstract
Plazmonik optik cımbız geleneksel uzak alan optik cımbız kırınım sınırlarını aşmak için geliştirilmiştir. Plazmonik optik kafes çeşitli yakalama ve taşıma davranışlar sergilemek nanoyapıların bir dizi oluşur. Biz mikro-parçacıklar bir basit kare nanoplasmonic optik kafes tuzak için deneysel yordamları raporu. Ayrıca optik kurulum ve nanoplasmonic dizi nanofabrication açıklar. Optik potansiyel altın nanodiscs bir dizi ile 980 nm dalga boyu ve heyecan verici plasmon rezonans Gauss ışını aydınlatıcı tarafından oluşturulur. Parçacıklar hareket Floresans görüntüleme tarafından izlenir. Photothermal konveksiyon bastırmak için bir program da en uygun bindirme için kullanışlı optik gücünü artırmak için tanımlanır. Konveksiyon bastırılması, örnek için bir düşük sıcaklık soğutma ve su orta sıfıra yakın termal genleşme katsayısı kullanarak elde edilir. Tek parçacık taşıma ve birden çok parçacık bindirme burada rapor edilir.
Introduction
Mikro ölçekli parçacıkların optik yakalama aslında 1970’lerde Arthur Askin tarafından geliştirildi. Hiç onun icat beri mikro – ve nanomanipulation1,2için çok yönlü bir araç olarak teknik geliştirilmiştir. Geleneksel optik uzakta-tarla üzerinde tabanlı bindirme ilke odaklanarak doğal olarak sınırlı neyin bindirme kuvvet azalır ölçüde onun kayma doğumdan kırınım tarafından (aşağıdaki bir ~3 hukuk bir parçacık Radius için bir) 3. böyle kırınım sınırları aşmak için araştırmacılar yakın alan optik bindirme tekniklerini kullanarak Plazmonik metalik taşınımı fani optik alanına göre geliştirdik ve ayrıca, aşağı için Nano yakalama nesneleri Tek protein molekülleri gösterdiği4,oldu5,6,7,8,9,10,11. Ayrıca, Plazmonik optik kafes mikro ve nano tanecikleri ve birden çok parçacık yığın11,12uzun menzilli taşımacılığı tanımak periyodik Plazmonik nanoyapıların bir dizi oluşturulur. Photothermal konveksiyon bindirme optik bir kafes içinde bozmaya bir diğer önemli engel olduğunu ve çabaları etkileri aydınlatmak için çeşitli gruplar14,15,16,17tarafından yapılmıştır. Green fonksiyonu kullanarak, Baffou vd. Plazmonik her nanostructure bir nokta ısıtıcı olarak modelleyerek bir sıcaklık profil hesaplanan ve deneysel olarak onların modeli14doğrulanmış. Toussant’ın grup Ayrıca plasmon kaynaklı konveksiyon parçacık velosimetri15ile ölçülen. Yazarın grup aynı zamanda hem yakın alan ve convectional taşıma ile karakterize olan ve photothermal konveksiyon16,17bastırmak için mühendislik bir strateji gösterdi.
Burada Plazmonik optik kafes ile optik bir kurulum ve bindirme deneyler için özel olarak ayrıntılı bir yordam tasarımı mevcut. Optik potansiyel gevşek odaklı bir Gauss ışını ile altın nanodiscs bir dizi aydınlatıcı tarafından oluşturuldu. Ayrıca burada tarif17photothermal konveksiyon düşük sıcaklık (~ 4 ° C) için örnek aşağı soğutma için en uygun bindirme bastırmak için bir program olduğunu. Boussinesq yaklaşım altında bir büyüklük tahmini için doğal konveksiyon hız u u tarafından verilir ~L2 gβΔT / v m uzunluk ölçek ısı kaynağı ve Δ nerede, T göreli başvuru nedeniyle Isıtma sıcaklık artmasıdır. g ve β yerçekimi ivmesi ve termal genleşme katsayısı, sırasıyla vardır. 4 ° C yakın ısılarda anormal sıcaklık bağımlılığı su Orta yoğunluk sergiler ve sıfıra yakın termal genleşme katsayısı ve vanishingly küçük photothermal konveksiyon, bu nedenle, bu çevirir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan yordamı güvenilir bir şekilde yeniden yakalama günlük okuyucu sağlar. Kullanışlı bir optik kafes tasarlamak için genel bir ampirik kılavuz Plazmonik nanoarray, interdisc mesafe, karşılaştırılabilir bir boyutu kullanmaktır ve partikül büyüklüğü tuzağa. Bir tek, izole Plazmonik nanostructure için karşılaştırıldığında, yüksek optik güç ~ 4 ° c burada büyük ölçüde kullanılan örnek soğutma tarafından tanınan ile birlikte optik kafes tasarım yakalama olasılı?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Y. T. Y. destek Bakanlığı bilim ve teknoloji grant numaraları en 105-2221-E-007-MY3 altında ve ulusal Tsing Hua Üniversitesi grant numaraları 105N518CE1 ve 106N518CE1 altında finansman kabul etmek istiyorum.
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
- 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).
