الملائمة للجسيمات الدقيقة في نانوبلاسمونيك الضوئية شعرية
Summary
يصف لنا إجراء بصريا فخ الجسيمات الصغرى في شعرية نانوبلاسمونيك الضوئية.
Abstract
وقد وضعت الملاقط بصري plasmonic للتغلب على حدود حيود الملاقط الضوئية التقليدية مجال بعيد. شعرية بصرية plasmonic يتكون من صفيف النانو، الذي يحمل مجموعة متنوعة من السلوكيات النقل والملائمة. ونحن التقرير الإجراءات التجريبية إلى اعتراض الجسيمات الصغرى في شعرية بصرية نانوبلاسمونيك مربعة بسيطة. كما يصف لنا الإعداد بصري والنانومتري من مجموعة نانوبلاسمونيك. يتم إنشاء القدرة البصرية بإلقاء الضوء على مجموعة نانوديسكس الذهب مع شعاع غاوسي 980 الطول الموجي نانومتر، ومثيرة مأكل مثل الطحين الرنين. ويرصد حركة الجسيمات الفلورية التصوير. كما يتم وصف نظام لقمع فوتوثيرمال الحراري لزيادة الطاقة الضوئية يمكن استخدامها لتعويض الأمثل. ويتحقق قمع الحراري بتبريد العينة بدرجة حرارة منخفضة، واستخدام معامل التمدد الحراري بالقرب من الصفر للمياه المتوسطة. وترد هنا النقل الجسيمات مفردة ومتعددة الجسيمات الملائمة.
Introduction
تعويض بصري من الجزيئات الصغيرة على نطاق وضعت أصلاً من قبل آرثر Askin في أوائل السبعينات. وقد وضعت من أي وقت مضى منذ اختراع لها، التقنية كأداة متعددة الاستخدامات للمشاريع المتناهية الصغر ونانومانيبوليشن1،2. التقليدية البصرية الملائمة استناداً إلى مجال بعيد تركز مبدأ طبيعتها يقتصر الحيود في حبس المكاني لها، حيث يقلل القوة الملائمة هائلة (التالية ~قانون3 لجسيمات في دائرة نصف قطرها ) 3. للتغلب على هذه الحدود الحيود، قد طور الباحثون التقنيات الملائمة البصرية القريبة من حقل استناداً إلى الحقل البصري زائل باستخدام النانو plasmonic المعدني، وعلاوة على ذلك، الكائنات الملائمة للنانو وصولاً إلى جزيئات البروتين وحيد قد أظهر4،5،،من67،،من89،10،11. وعلاوة على ذلك، يتم إنشاء شعرية بصرية plasmonic من صفائف النانو plasmonic الدوري لمنح النقل البعيد المدى للمشاريع المتناهية الصغر وجسيمات نانوية ومتعددة الجسيمات التراص11،12. هو إحدى العقبات الرئيسية لتعطيل تعويض اللون في شعرية بصرية فوتوثيرمال الحراري وبذلت جهود توضيح إثارة عدة مجموعات14،،،من1516،17. استخدام دالة غرين، حساب ملف تعريف درجة حرارة بنمذجة كل nanostructure plasmonic سخان نقطة بافو et al. وثم التحقق تجريبيا على نموذج14. وقد تقاس المجموعة توسانت أيضا الحراري الناجم عن مأكل مثل الطحين مع الجسيمات فيلوسيميتري15. كما تتسم كونفيكشونال وقرب ميدان النقل الفريق صاحب البلاغ وأثبتت استراتيجية هندسة لقمع photothermal الحراري16،17.
هنا نقدم التصميم بإعداد بصرية وإجراءات مفصلة خصيصا للتجارب الملائمة مع plasmonic شعرية بصرية. تم إنشاء القدرة البصرية بإضاءة مجموعة من الذهب نانوديسكس مع شعاع غاوسي فضفاضة مركزة. مخطط لقمع الحراري photothermal بتهدئة العينة لدرجة حرارة منخفضة (~ 4 درجة مئوية) لتعويض الأمثل أيضا وصف هنا17. تحت تقريب بوسينيسق، تمنحها تقدير حجم ل سرعة الحمل الحراري الطبيعي يو يو ~ل2 gβΔT / v، حيث أن L هو مقياس الطول لمصدر الحرارة و Δ T هو ارتفاع درجة الحرارة بالنسبة للإشارة بسبب التدفئة. (ز ) و بيتا هي تسارع الجاذبية ومعامل التمدد الحراري، على التوالي. في درجات حرارة القرب من 4 درجات مئوية، كثافة متوسطة الماء يسلك الاعتماد على درجة الحرارة الشاذة وهذا يترجم إلى معامل تمدد حراري القريبة من الصفر، ومن ثم الحراري photothermal زوال صغيرة.
Protocol
Representative Results
Discussion
الإجراء الموضح هنا يتيح للقارئ أن تستنسخ موثوق الملائمة على أساس يومي. توجيهي تجريبي عام لتصميم شعرية بصرية قابلة للاستخدام لاستخدام حجم مماثل ل plasmonic نانواراي، إينتيرديسك المسافة، وحوصر حجم الجسيمات. بالمقارنة مع nanostructure plasmonic وحيدة، معزولة، يعزز تصميم البصرية شعرية بالاشتراك مع قوة ال?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ي. ت. ي. أود أن نعترف بدعم من وزارة العلوم والتكنولوجيا بموجب منحة أرقام آخر 105-2221-ه-007-MY3 من جامعة تسينغ هوا الوطنية تحت منحة أرقام 105N518CE1 و 106N518CE1 والتمويل.
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).
