Summary
תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית.
Abstract
פינצטה Plasmonic להשתמש פולריטון plasmon השטח כדי להגביל עצמים ננומטריים polarizable. בין העיצובים השונים של פינצטה plasmonic, רק מעטים יכולים לצפות בחלקיקים נייחים. יתר על כן, מספר מצומצם של מחקרים בניסוי מדד את כוחות exertable על החלקיקים. העיצובים ניתן לסווג כסוג nanodisk הבולט או סוג nanohole המודחק. לעניין האחרון זה, תצפית מיקרוסקופית היא מאוד מאתגרת. במאמר זה, מערכת פינצטה plasmonic חדשה הציגה לפקח חלקיקים, הוא בכיוונים מקבילים מאונכים לצייר הסימטרי של מבנה nanohole plasmonic. תכונה זו מאפשרת לנו לבחון את התנועה של כל חלקיקים ליד שפת nanohole. יתר על כן, אנחנו יכולים להעריך את כוחות הלכידה המקסימאליים כמותית באמצעות ערוץ נוזלי חדש.
Introduction
היכולת לטפל באובייקטים microscale היא תכונה הכרחית עבור ניסויים מיקרו / ננו רבים. מניפולציות במגע ישיר יכול לגרום נזק חפצים מניפולציות. שחרור האובייקטים שנערכו בעבר הוא גם מאתגר בגלל בעיות stiction. כדי להתגבר על בעיות אלה, מספר שיטות עקיפות באמצעות נוזליים 1, 2 חשמליים, מגנטיים 3, או כוחות פוטוניים 4, 5, 6, 7, 8 הוצעו. פינצטה Plasmonic המשתמשות כוחות פוטוניים מבוססת על הפיזיקה של ציווי כמה שיפור שדה יוצא דופן גדולה יותר עוצמת האירוע 9. שיפור שדה חזק מאוד זה מאפשר לכידה של חלקיקים קטנים מאוד. לדוגמה, הוכח שזה לשתק ולטפל ננומטרייםחפצים, כגון חלקיקי פוליסטירן 7, 10, 11, 12, 13, 14, שרשראות הפולימר 15, חלבונים 16, נקודות קוונטיות 17, ומולקולות DNA 8, 18. בלי פינצטה plasmonic, קשה חלקיקים מלכודת כי הם נעלמים מהר לפני שהם נבחנים באופן יעיל או בגלל שהם פגומים בשל האינטנסיביות הגבוהה של לייזר.
מחקרי plasmonic רבים השתמשו מבני זהב ננומטריים שונים. אנחנו יכולים לסווג את מבני זהב כמו בולטות סוגי nanodisk 12, 13, 14, 15, 19
במאמר זה, אנו מציגים הליכי תכנון הרכבת שבבים נוזליים חדשים. באמצעות השבב הזה, אנחנו מדגימים את ניטור של חלקיקים לכודים plasmonically, הן בכיוונים מקבילים מאונך ו ל ננו-מבנה plasmonic. יתר על כן, אנו מודדים את הכח המרבי של החלקיק משותק על ידי הגדלת מהירות הנוזל כדי למצוא את המהירות מפנה את השבב האלקטרוני. מחקר זה הוא ייחודי מאחר ורוב המחקרים על פינצטה plasmonic לא יכול להראות את כוחות הלכידה המקסימאליים כמותית בשימוש setups ניסיוני שלהם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
זהירות: עיין בכל תקנות בטיחות חומר הרלוונטיות לפני השימוש. כמה כימיקלים המשמשים הרכבת שבבים הם בחריפות רעילים ומסרטנים. אנא להשתמש בכל שיטות הבטיחות המתאימות בעת ביצוע תהליכי photolithography תחריט, כולל השימוש שולט הנדסה (במנדף, פלטה חשמלית, ו aligner) וציוד מגן אישי (משקפי בטיחות, כפפות, חלוק מעבדה, מכנסיים באורך מלא, וסגר נעלי -toe).
ייצור 1. של microchannel PDMS
- ייצור של עובש microchannel ידי תהליך photolithograph
- הסרה מלאה חומרים זרים על פני 4 אינץ 'סי פרוסה עם ניקוי פיראניה (איור 1 א). מערבבים חומצה גופרתית (H 2 SO 4) ואת מי חמצן (H 2 O 2) ביחס של 3: 1 כדי להפוך את הפתרון פיראניה בצלחת. מערבבים על ידי הוספת כמויות קטנות בהדרגה של חומצה חזקה (H 2 O
- לטבול את פרוסות בפתרון פיראניה עבור 10 דקות. לאחר מכן, לטבול את פרוסות ב deionized (DI) מים 3 דקות כדי להסיר את הפתרון פיראניה הנותרים. יש לשטוף את פרוסות עם מים זורמים DI עבור 10 s. חזור על שטיפת ההליך 3 פעמים ויבשות עם גז N 2 להסיר את נותרי DI.
- מניח את הפרוסות על פלטה חשמלית במשך 20 דקות ב 180 מעלות צלזיוס להמשיך מייבשים את הפרוסות.
- יוצקים 5 מ"ל של photoresist שלילית על גבי מעיל רקיק ספין עבור 45 שניות על 1500 סל"ד (איור 1b); לאחר ציפוי ספין, חרוז photoresist נוצר בקצה רקיק בגלל צמיגות גבוהה יחסית של photoresist.
- אזנו את פרוסות מצופה-photoresist ידי planarization על דוכן פילוס עבור 5 h.
- מניח את הפרוסות מצופות photoresist על פלטה חשמלית במשך 12 דקות ב 65מעלות צלזיוס, 35 דקות ב 95 מעלות צלזיוס, ולאחר 12 דקות ב 65 ° C (אפייה רכה).
- תקן את מסכת סרט על בעל מסכה ואת הפרוסות רכות-אפוי על במת המצע של aligner. חשוף לקרינה אולטרה סגולית (UV) אור עבור 43 שניות על 650 mJ / ס"מ 2 כדי לחזק את photoresist.
- מניחים את פרוסות על צלחת חמה עבור 5 דקות ב 65 מעלות צלזיוס, 15 דקות ב 95 מעלות צלזיוס, ולאחר 5 דקות ב 65 מעלות צלזיוס (אפייה לאחר חשיפה).
- לטבול את הפרוסות ב יזם photoresist עבור 30 דקות כדי להסיר photoresist unsolidified.
- יש לשטוף את פרוסות עם אלכוהול איזופרופיל (IPA) ויבש עם גז N 2 להסיר את הנותרים IPA.
- הסרה מלאה חומרים זרים על פני 4 אינץ 'סי פרוסה עם ניקוי פיראניה (איור 1 א). מערבבים חומצה גופרתית (H 2 SO 4) ואת מי חמצן (H 2 O 2) ביחס של 3: 1 כדי להפוך את הפתרון פיראניה בצלחת. מערבבים על ידי הוספת כמויות קטנות בהדרגה של חומצה חזקה (H 2 O
- ייצור של microchannel PDMS
- פנקו את פני השטח של פרוסות סיליקון התבנית photoresist עבור 1 דקות בהספק של 200 וואט באמצעות מכונת פלזמה אטמוספרי 25; תזרים הגז של CH 4 ו הוא צריך להיות SCCM 6 ו 30, בהתאמה. בצעו טיפול הידרופובי זה בקלות לנתק את polydimethylsiloxane (PDMS) microchannel מפני השטח של עובש רקיק photoresist (איור 1 ג ').
- הכן את פתרון PDMS ידי ערבוב בסיס PDMS ואת סוכן ריפוי ביחס של 10: 1. מערבבים את התערובת במשך 2 דקות.
- מניחים את פרוסות בתוך צלחת פטרי (150 מ"מ x 15 מ"מ) ולהוסיף 100 מ"ל של הפתרון PDMS. הסר את הבועות שנוצרו מן הערבוב באמצעות ייבוש.
- מניחים את צלחת פטרי בתנור 2 שעות ב 80 ° C כדי לחזק את הפתרון PDMS (איור 1D ו- H).
- חותכים לאורך קווי המתאר של microchannel PDMS עם סכין גילוח, ותנתק אותה רקיק; microchannel PDMS המפוברק צריך את הממדים הבאים: 13 מ"מ אורך, 300 מיקרומטר רחב, ו 150 מיקרומטר גבוה (איורי 1E, F, ואני).
הערה: ישנם שני סוגים של חורים מיוצרים על ידי micropuncture להכניס סיבים במצב יחיד (SMF) כבל ואת הצינורות (מפרצוןnd לשקע) על microchannel PDMS (1G איור). כבל SMF משמש לפלוט את קרן הלייזר אל nanohole הסתובבו על צלחת זהב. הצינור משמש להוספה / לחלץ פתרון החלקיקים מ / אל microchannel PDMS. - לנקב כניסת 1.5 מ"מ וחורים לשקע בכל קצה של microchannel PDMS. לנקב חור כבל SMF 0.3 מ"מ במרכז של microchannel PDMS.
תהליך האיכול 2. פלייט הזהב
- כן צלחת זהב זמינה מסחרי עם הממדים של 25 x 6.25 מ"מ 2 (איור 2 א).
- סור חומרים זרים על צלחת הזהב לנהלי הניקוי הבא. נקי לפי הסדר הבא ידי טבילת אצטון, מתנול, ומי DI עבור דק '5 כל אחד.
- יש לשטוף את צלחת זהב 3 פעמים עם מים DI עבור 10 s ולייבש את הצלחת עם גז N 2 להסיר את המים DI הנותרים.
- מניחים את צלחת זהב על פלטה חשמלית עבור20 דקות ב 180 מעלות צלזיוס כדי להסיר כל לחות שנותרה לגמרי.
- יוצקים 0.5 מ"ל של hexamethyldisilazane (HMDS) על צלחת זהב מעיל ספין עבור 40 שניות על 3000 סל"ד.
- יוצקים 0.5 מ"ל של photoresist חיובי על גבי HMDS מצופים ספין מעיל ספין עבור 40 שניות על 3000 סל"ד (איור 2b).
- מניח את צלחת מצופה זהב photoresist על הפלטה החשמלית במשך 90 שניות על 110 מעלות צלזיוס (אפייה רכה).
- תקן את מסכת סרט על פרוסות סיליקון זכוכית במקום צלחת הזהב הרכה-אפוי על במת המצע. לחשוף לאור UV למשך 4.5 שניות על 64 mJ / ס"מ 2 כדי לפזר את photoresist.
- לטבול את הצלחת זהב מפתח photoresist עבור 1 דקות להסיר את photoresist המומס (איור 2 ג). יש לשטוף את צלחת זהב עם מי DI ויבש עם גז N 2.
- לטבול את הצלחת זהב etchant Au עבור 45 s בקצב תחריט של 28 A / S להסיר את Au חשוף (איור 2). יש לשטוף את צלחת זהב עם שתיית DIr ויבש עם גז N 2.
- לטבול את הצלחת זהב etchant Ti עבור 5 ימים בקצב תחריט של 25 A / S להסיר את Ti החשוף (איור 2E). יש לשטוף את צלחת זהב עם מי DI ויבש עם גז N 2.
- הסר את photoresist הנותר על צלחת זהב על ידי טבילה אותו אצטון, מתנול, ומי DI עבור 3 דקות כל אחד (איור 2F); לטבול את הצלחת לפי הסדר בכתב.
- יש לשטוף את צלחת זהב 3 פעמים עם מי DI עבור 10 s. ניקוי עם גז N 2 להסיר את מי DI.
- מניחים את צלחת זהב על צלחת חמה עבור 3 דקות ב 120 מעלות צלזיוס כדי להסיר את הלחות לחלוטין; גוש זהב המיוצר צריך להיות 400 x 150 מיקרומטר 2 (2H איור).
- טחנת nanohole 400 ננומטר באמצעות אלומת יונים ממוקדת (FIB) במרכז גוש הזהב כי היה מפוברק לאחר התחריט (2G הדמוי ואני). צור תבנית המעגל 370 ננומטר להתמקד BL זהבOck עם יון מאיץ מתח של 30 קילו ב 28 PA עבור 3 s.
3. האסיפה של Microchip
- פנקו את שני משטחים של microchannel PDMS ואת צלחת זהב עבור 1 דק 'עם פלזמה O 2 לצרף אותם יחד עם מערכת פלזמה בהספק של 80 וואט בלחץ של 825 mTorr 25.
הערה: זהו בעיקר קשה לצרף אותם עם דיוק בגלל גוש זהב microchannel PDMS נמצאים במפלס מיקרומטר. לפיכך, להשתמש aligner עם מצלמת שלב ידני. - תקן את פרוסות זכוכית המשמשת לצרף את מסכת סרט לבעל המסכה של (איור 3 א) aligner.
- צרף את microchannel PDMS O 2 שטופלו -plasma למשטח הזכוכית; מכיוון PDMS הוא הידרופילי, זה יצרף זכוכית פרוסות בקלות וללא פתרון הדבקה. תקן את צלחת זהב על במת המצע של (איור 3 א) aligner.
- אתר המרכזי של הגוש חור וזהב כבל e SMF, אשר מיושרים על אותו ציר, באמצעות המצלמה על aligner. הרם את הבמה באופן הידנית כדי לשלב בין שני החלקים (3B הדמוי ו- C).
.4 שיפור של חספוס פני השטח Microchip סייד ידי PDMS ציפוי
הערה: צלחת הזהב עם ממדים קבועים של 400 x 150 מיקרומטר 2 היא יחסית יותר קשה לגזור מאשר חומר PDMS. לכן, כדי לנתק את microchannel PDMS רקיק, סכין גילוח משמש לחתוך חתיכה גדולה יותר מאשר צלחת זהב. לאחר שילוב שני חלקים, החלקים העודפים של יחסי PDMS לצלחת הזהב לאחר מכן יש לחתוך כך את החלק הפנימי של הערוץ ניתן לצפות מהצד באמצעות מיקרוסקופ (איור 4 א). עם זאת, על פני שטח החתך, אשר ממשמש כחלון, יש חספוס משטח גבוה וכתוצאה מכך מפיק תמונות מעוננות של החלקיקים שזורמים באפיק (איור4b). ציפוי עם פתרון PDMS מבוצע שוב כדי לפתור בעיה זו.
- הכן את הפתרון PDMS ידי ערבוב הבסיס PDMS וריפוי סוכן בכל 10: יחס 1 ומערבבים במשך 2 דקות.
- יוצקים 2 מ"ל של הפתרון PDMS לתוך צלחת פטרי ולבצע את ציפוי ספין עבור 30 שניות על 1000 סל"ד (איור 4C).
- מניח את משטח השבבים כי היא הולכת להיות ממוקמת על מיקרוסקופ על צלחת פטרי (4D איור). מניחים את צלחת פטרי בתנור 1 שעות ב 80 ° C כדי לחזק את הפתרון PDMS.
- חותכים את הגבול של שבב אלקטרוני ו PDMS באמצעות סכין גילוח, ובהמשך לנתק אותו מצלחת פטרי (איורים 4E, F).
5. לייזר צימוד הכנס את כבל SMF אל Microchip
הערה: מערכת פינצטה plasmonic, ליזר אירוע סיב אופטי עם אורך גל 1064 ננומטר משמש. כבל SMF משמש משום בקוטר של inciלייזר שקע (5 מ"מ) הוא עצום מדי לפלוט את קרן הלייזר לעבר nanohole הסתובבו בשכונה זהב (400 x 150 מיקרומטר 2) ב שבב אלקטרוני. קוטר החיפוי של כבל SMF הוא 125 מיקרומטר. לפיכך, לייזר האירוע וכבל SMF חייבים לשלב.
- חבר עדשה אובייקטיבי 40X אל המטרה מיקרוסקופ הר על מצמד SMF. תקן את כבל SMF על מהדק סיבים של מצמד SMF. יישר את קרן ליזר האירוע למלא את הצמצם האחורי של העדשה האובייקטיבית.
- למקד את קרן הלייזר אל ליבה של כבל SMF ידי התאמת הבמה ידנית שלוש ציר מצויד על מצמד SMF.
- הכנס את הקצה השני של כבל SMF לתוך חור כבל SMF של השבב האלקטרוני. מדוד את כוח הליזר לפני ההכנסה בקצה כבל הסיב, כי כבל סיב הקבוע בבית השבב האלקטרוני אינו יכול להיות מנותק.
- לאטום את חור כבל SMF באמצעות דבק אפוקסי כדי לחסום את דליפת פתרון החלקיק זורם מן הפער בין תא SMFle חור (300 מיקרומטר) ואת החיפוי של כבל SMF (125 מיקרומטר); בסופו של כבל סיב מוכנס אסור להיכנס microchannel להימנע זרימת הנוזל. ידני ליישר את כבל הסיב באמצעות משוב חזותי כך שיהיה ניצב גוש הזהב שמארח את nanohole.
6. Plasmonic לכידה של יחיד חלקיקי פוליסטירן פלורסנט ב Microchip
- צרף את המזרק, אשר מתמלא פתרון החלקיקים, עד micropump מזרק. מניחים את הזכוכית המכסה על הבמה מדגם של מיקרוסקופ פלואורסצנטי. חבר צינורות אל חורי כניסה / היציאה של השבב האלקטרוני. מניח את משטח השבב מצופה PDMS על גבי הזכוכית המכסה.
- מקם את השבב האלקטרוני orthogonally אל העדשה האובייקטיבית הטבילה במי 60X ידי התבוננות פנימה של הערוץ עם המצלמה מותקנת על מיקרוסקופ פלואורסצנטי. השתמש קלטת שקופה כדי לתקן את השבב אלקטרוני במקום. חברו את צינור היניקה של שבב אלקטרוני עם המזרק needle.
- כנס פתרון החלקיקים אל השבב האלקטרוני על ידי שליטה על micropump ב 20 מיקרומטר / s. ברגע זה, לאשר כי החלקיקים פלורסנט ניתן לראות היטב את הערוץ כאשר מנורת פלורסנט מופעלת.
- מתן עד פתרון החלקיקים יוצא המשקע של השבב האלקטרוני. קבע את מהירות 3.4 מיקרומטר / s.
- הפעל את המכשיר לייזר מקור כך שהוא פולט את הלייזר לתוך nanohole; החלקיק פלורסנט יילכד על שפת nanohole.
- כבש את מהירות הנוזל במרווחים של 0.4 מיקרומטר / s על ידי שליטה על micropump עד בריחות החלקיקים הלכודים. מדדו את מהירות הנוזל כאשר להימלט החלקיקים הלכודים. השג את כוח הלכידה המקסימאלי עבור כל עוצמת ליזר באמצעות מהירות נוזל נמדדת זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
תהליך הייצור של צלחת זהב microchannel ו nanohole PDMS מוצג דמויות 1 ו 2. השיטה לשלב את שני חלקים והשבב בפועל מוצג באיור 3. את PDMS נחתך לחשוף את החלק הפנימי של הערוץ מהצד של השבב האלקטרוני. עם זאת, קשה היה לצפות חלקיקים הזורמים באפיק בגלל המשטח המחוספס של מטוס החיתוך. לכן, הצגנו את שיטת הציפוי PDMS כדי לפתור בעיה זו, כפי שמוצג באיור 4.
הבחנו 5 מיקרומטר, זורם חלקיקי פוליסטירן ב השבב האלקטרוני כדי לאשר את ההשפעה של ציפוי PDMS. איור 5 מראה את השבב אלקטרוני וחלקיקים מפוברקים בפועל שנצפה השבב האלקטרוני באמצעות מיקרוסקופ. ציור 5a ו- c הם לפני ואחרי appearances של השבב האלקטרוני. 5b האיור ו ד הם המשטחים המוגדלים של כל אחד. 5e האיור מראה חלקיקים מטושטשים זורמים, בעוד איור 5F מראה כי הקצוות של החלקיקים הם בעיקר ברורים וכי ניתן לנטר תנועות. כנ"ל, ציפוי PDMS של משטח השבב הוא חיוני כדי הניטור של חלקיקים לכודים.
איור 6 מראה את חלקיקי פוליסטירן 100 ננומטר עוברים השמנה אופטית plasmonic ידי מערכת פינצטה plasmonic. כבל SMF עם צמצם 0.14 מספרית (NA) שימש. צינור הוכנס על חורי כניסה / יציאה של ערוץ השבב האלקטרוני. Micropump שמש להכניס ולאסוף את פתרון חלקיקי פוליסטירן פלורסנט 100 ננומטר. כדי להדגיש את מראה הפנים של חלקיק לכוד על ידי תופעת plasmonic, החלקים המקווקוים של איור 6 א שהוגדלו כמו הבלעה, איור 7 מציג תמונות רצופות שבו חלקיק פוליסטירן פלורסנט 100 ננומטר ששטף את microchannel נלכד ושוחרר על nanohole מעוצמת 0.42 mW / מיקרומטר 2. החלקיקים זרמו במהירות קבועה של 3.4 מיקרומטר / s בכיוון נוזל, כפי שמוצג באיור א 7. לאחר לייזר הופעל, אחד החלקיקים היה לכוד בבית nanohole, כפי שמוצג באיור 7b. נהפוך הוא, חלקיק אחר זרמו לתוך הנחל, כפי שמוצג באיור 7c. ואז, מהירות הזרימה הוגדלה עד חלקיק הלכודים בורח. 7d האיור מראה את particle לברוח מהמלכודת. ברגע זה, אנחנו יכולים להעריך את הכח הלכיד עם תצפית ישירה על ידי מדידת מהירות הנוזל כאשר החלקיקים נמלטו. גם עבדנו בכיוון ההפוך. במקום להגדיל את מהירות הנוזל, אנחנו בהדרגה ירד כוחה לייזר decrements של 1 mW והקליט את עוצמת כאשר החלקיקים נמלט. עוצמת הלייזר זו מוגדרת עוצמת הלייזר לכידה המינימום נמדדה להיות 0.24 mW / מיקרומטר 2. ss = "jove_content" FO: keep-together.within-page = "1"> 
איור 1. ייצור של microchannel PDMS. (א) הכנת רקיק Si. (ב) ציפוי ספין photoresist של פרוסות. (ג) עובש microchannel מפוברק על ידי תהליך photolithography. (ד) מיצוק PDMS באמצעות תנור לאחר לשפוך את הפתרון PDMS על פרוסות סיליקון. (ה) PDMS חיתוך microchannel. (ו) ריחוק microchannel PDMS רקיק. (ז) כניסה / יציאה וחורה כבל SMF נקבו על microchannel PDMS. (ח) בפועל הקרושה PDMS על פרוסות סיליקון. (I) microchannel PDMS מנותק בפועל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 2. ייצור של nanohole על צלחת הזהב לאחר תהליך האיכול. (א) הפקדה של Au ו- TI על הזכוכית. (ב) photoresist ספין ציפוי של צלחת זהב. (ג) הסרת photoresist מומס לאחר חשיפה לאור UV. (ד) תחריט Au. (ה) תחריט טי. (ו) הנותר photoresist מחדש moval. (ז) טחינת Nanohole ידי אלומת יונים ממוקדת על גוש הזהב. (ח) בלוק זהב מפוברק בפועל. (I) nanohole הסתובב בפועל על גוש הזהב. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
תהליך הרכבת איור 3. של השבב האלקטרוני. (א) תקן את microchannel PDMS ואת צלחת זהב על בעל מסכת במת מצע, בהתאמה, מצויד על aligner. (ב) שילוב של חלק microchannel PDMS ואת צלחת זהב לאחר טיפול פני השטח עם פלזמה O 2. (ג, ד) מורכב שבב אלקטרוני לאחר שילוב. (ה) הסרת סכום עודף של microchannel PDMS. ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg" target = '_ blank'> אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 4. תהליך של שיפור חספוס פני השטח על ידי ציפוי PDMS. (א) סר סכום עודף באמצעות סכין גילוח לאחר שילוב שני החלקים. (ב) חספוס פני שטח העליון של השבב האלקטרוני לאחר החיתוך. (ג) PDMS פתרון ציפוי ספין בצלחת פטרי. (ד) טובל את פני החלון של השבב האלקטרוני לתוך פתרון PDMS מצופה ספין. (ה) ניתוק שבב אלקטרוני PDMS מצופה מצלחת פטרי. (ו) שיפור של חספוס פני השטח על ידי ציפוי PDMS. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 5. מורכבים שבב אלקטרוני ותצפית של חלקיקי פוליסטירן 5-מיקרומטר microchannel לפני ואחרי ציפוי PDMS. (א, ב) Microchip לפני ציפוי PDMS ו תצוגה מוגדלת. (ג, ד) Microchip לאחר ציפוי PDMS ו תצוגה מוגדלת. (ה, ו) תצפית של חלקיקים בתוך microchannel לפני ואחרי ציפוי PDMS. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 6. מערכת פינצטה plasmonic מעוצבת. (א) סכמטי של מערכת פינצטה plasmonic. (ב אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 7. השמנה ושחרור של חלקיק פוליסטירן פלורסנט 100 ננומטר ב microchannel. (א) microchannel עם חלקיק זורם לתוך הנחל. (ב, ג) חלקיקים לכודים nanohole לעומת חלקיק אחר. (ד) חלקיקים כי נמלטו מהמלכודת בשל כוח הנוזלים המוגבר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
כבל SMF הוכנס לתוך חור כבל SMF על השבב האלקטרוני, כפי שמוצגת נקודה מלבני של איור 6 א. בגלל חור כבל SMF הוא גדול יותר מאשר קוטר הכבל, דבק אפוקסי שמש לאטום את הפער לחסום את דליפת פתרון החלקיק זורם. לפני היישום של דבק אפוקסי, גוש זהב קצה הכבל צריך להיות מתואם coaxially ביד באמצעות מיקרוסקופ. למרות זאת הוא אידיאלי עבור קצה הכבל מוכנס ואת nanohole להיות מתואם coaxially, A ישורת קלה ניתן לסבול בגלל קרן לייזר סוטה לאחר שהוא נפלט בסופו של קצה הכבל 0.14 NA SMF, ואת קרן משפיעה הרבה יותר גדול אזור. מכיוון השבב האלקטרוני הוגדר להיות בניצב לציר האופטי של המיקרוסקופ, לא יכולנו לראות את המיקום ישירות של nanohole. מיקומו של nanohole ניתן לקבוע באופן עקיף רק על ידי התבוננות מיקומו של חלקיק לכודים plasmonically בבית nanohole. אפתרון יכול להיות מסופק על ידי התקנת מצלמה בבית כבל סיב ולהשתמש בו כדי לפקח על גוש זהב.
המאפיין הייחודי של השבב האלקטרוני הוא יכולתה לפקח תנועת חלקיקים ליד nanohole plasmonic בזמן אמת. ההצעה של החלקיק כדלקמן התרחיש המתואר להלן. כאשר נוזל זרמי החלקיקים קדימה, כמה חלקיקים לנוע לכיוון גוש הזהב. במקרים מסוימים, חלקיק מתקרב בעיקר אל השוליים של nanohole עקב משיכה אל nanohole ובסופו של דבר נעשה משותק. ברגע זה, הכח האופטי המופעל על החלקיק עולה על כוח הנוזל. לאחר מכן, החלקיק המשותק נמלט מן שפת nanohole כאשר העליות מהירות נוזל; ובכך, כוח הנוזל הופך חזק יותר הכח האופטי. כוח לכידת מירבית ניתן למדוד מן מהירות נוזל הטרמינל הזה. עם זאת, משוואת כוח הגרר הקונבנציונלית לא ניתן להשתמש כי החלקיק נמצא בקשר פיזי עם gקיר ישן בבית nanohole. כדי לבחון את ההשפעה של משטח קיר הזהב, השתמשנו בשיטה הסופי, האלמנט, הרואה והתנועה זורמת קרוב לפני השטח, והשגתי כוח הנוזל.
יש לנו הצגתי התקנת פינצטה plasmonic חדשה המאפשרת הניטור של חלקיקי דינמיקה לאורך ציר קרן ליזר. לעומת זאת, מחקרים קודמים הציגו תנועת החלקיקים רק במישור הניצב לציר קרן לייזר, כגון עם nanoblock 12, nanodisk 13, 14, 19, 21, 20 nanostick, ו nanopyramid 18. יתר על כן, במקרה של סוגי nanohole, לכידה ניתן עדים רק על ידי ניטור אות פיזור, ולא על ידי ניטור ויזואלי 10, 11, 23. למרות זאת,אנו לא יכולים למדוד את עמדת החלקיקים דווקא בגלל היכולות המוגבלות טכניקות הדמיה נוכחיות. איכות ההדמיה צריכה להשתפר עוד יותר כדי לאשר את מדידות נקע המדויקות. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת באפיון biosensing של מולקולה יחידה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
החוקרים אין לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי R & ICT תוכנית D של MSIP / IITP (R0190-15-2040, פיתוח מערכת ניהול תצורה תוכן וסימולטור להדפסה 3D באמצעות חומרים חכמים).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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).
