Plasmonique et Piégeage Libération de Nanoparticules dans un environnement de surveillance
Summary
Un procédé de fabrication de puce électronique qui intègre une pince à épiler plasmoniques est présentée ici. La puce permet de mesurer l'imagerie d'une particule piégée forces de piégeage maximale.
Abstract
pincettes plasmoniques utilisent polaritons de plasmon de surface pour confiner les objets à l'échelle nanométrique polarisables. Parmi les différents modèles de pinces plasmoniques, seulement quelques-uns peuvent observer des particules immobilisées. De plus, un nombre limité d'études ont mesuré expérimentalement les forces pouvant être exercée sur les particules. Les dessins peuvent être classés comme type de nanodisk en saillie ou le type de nanotrou supprimé. Pour cette dernière, l'observation microscopique est extrêmement difficile. Dans ce document, un nouveau système de brucelles plasmonique est introduit pour surveiller les particules, à la fois dans des directions parallèles et perpendiculaires à l'axe de symétrie d'une structure de nanotrous plasmonique. Cette fonction permet d'observer le mouvement de chaque particule près du bord de la nanotrou. De plus, nous pouvons estimer quantitativement les forces de piégeage maximale à l'aide d'un nouveau canal fluidiques.
Introduction
La capacité de manipuler des objets micrométriques est un élément indispensable pour de nombreuses expériences micro / nano. manipulations de contact direct peuvent endommager les objets manipulés. La libération des objets précédemment détenus est également difficile en raison de problèmes de stiction. Pour remédier à ces problèmes, plusieurs méthodes indirectes en utilisant fluidiques 1, 2 électrique, 3 magnétique, ou les forces photoniques 4, 5, 6, 7, 8 ont été proposées. Pincettes plasmoniques qui utilisent les forces photoniques sont basées sur la physique des extraordinaires amélioration sur le terrain plusieurs commandes plus importantes que l'intensité des incidents 9. Cette amélioration de champ extrêmement fort permet de piéger des nanoparticules extrêmement petites. Par exemple, il a été démontré pour immobiliser et manipuler nanométriqueobjets, tels que des particules de polystyrène 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 des chaînes polymères, des protéines 16, points quantiques 17 et les molécules d'ADN 8, 18. Sans pincettes plasmoniques, il est difficile de nanoparticules de piège car ils disparaissent rapidement avant qu'ils ne soient effectivement examinés, soit parce qu'elles sont endommagées en raison de l'intensité élevée du laser.
De nombreuses études plasmoniques ont utilisé diverses structures d'or à l'échelle nanométrique. Nous pouvons classer les structures d'or comme saillie types de nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 <sup>, 20, 21 ou supprimées types de nanotrous 7, 8, 10, 11, 22, 23. En termes de commodité d'imagerie, les types de nanodisk sont plus appropriés que les types de nanotrous parce que, pour ce dernier, les substrats d'or peuvent obstruer la vue de l'observation. En outre, le piégeage plasmonique se produit près de la structure plasmon et rend l'observation encore plus difficile. Au meilleur de nos connaissances, le piégeage plasmonique sur les types de nanotrous n'a été vérifiée à l'aide des signaux de diffusion indirecte. Cependant, aucune observation directe avec succès, comme des images microscopiques, ont été rapportés. Peu d'études ont décrit la position des particules piégées. Un tel résultat a été présenté par Wang et al. Ils ont créé un pilier d'or sur un substrat d'or et a observé la ple mouvement de l' article en utilisant un microscope à fluorescence 24. Cependant, ceci est seulement efficace pour le contrôle des mouvements latéraux dans la direction non parallèle à l'axe du faisceau.
Dans cet article, nous présentons de nouvelles procédures de conception et de fabrication puce fluidiques. En utilisant cette puce, nous démontrons la surveillance des particules piégées plasmonically, à la fois dans des directions parallèles et perpendiculaires à la nanostructure plasmonique. De plus, on mesure la force maximale de la particule immobilisée en augmentant la vitesse du fluide pour trouver la vitesse de basculement dans la puce. Cette étude est unique parce que la plupart des études sur les pincettes plasmoniques ne peuvent pas montrer quantitativement les forces de piégeage maximales utilisées dans leurs configurations expérimentales.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le câble SMF a été inséré dans le trou de câble SMF sur la puce, comme le montre le point rectangulaire de la figure 6a. Du fait que le trou de câble SMF est plus grand que le diamètre du câble, de la colle époxy a été utilisé pour sceller la fente pour bloquer la fuite de la solution de particules en écoulement. Avant l'application de la colle époxy, le bloc d'or et le bord du câble doivent être alignés de manière coaxiale à la main en utilisant un microscope. Bien qu'il…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le programme R & D TIC de PMD / IITP (R0190-15-2040, Développement d'un système de gestion de la configuration du contenu et un simulateur pour l'impression 3D à l'aide des matériaux intelligents).
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).
