La escalabilidad y resolución de las técnicas convencionales de manipulación óptica están limitadas por la difracción. Sorteamos el límite de difracción y describimos un método de transporte óptico de nanopartículas a través de un chip utilizando una superficie de oro modelada con una trayectoria de resonadores plasmónicos en forma de C muy espaciados.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Fabricación y operación de una banda transportadora nano-óptica
En este artículo
Resumen
Resumen
La técnica de usar rayos láser enfocados para atrapar y ejercer fuerzas sobre las partículas pequeñas ha permitido a muchos descubrimientos fundamentales en las ciencias biológicas y físicas a nanoescala en los últimos decenios. Los avances realizados en este campo invita a un mayor estudio de los sistemas aún más pequeños y en mayor escala, con herramientas que puedan ser distribuidos con mayor facilidad y hacen más accesible. Desafortunadamente, las leyes fundamentales de difracción limitan el tamaño mínimo del punto focal de un rayo láser, lo que hace que las partículas más pequeñas que un medio de longitud de onda de diámetro duro para atrapar y generalmente evita que un operador de discriminar entre las partículas que son más juntos de una media -wavelength. Esto impide la manipulación óptica de muchos nanopartículas estrechamente espaciados y limita la resolución de sistemas óptico-mecánicos. Además, la manipulación utilizando haces enfocados requiere la óptica de formación de haz o de dirección, que pueden ser muy voluminosos y caros. Dirigirseestas limitaciones en la escalabilidad del sistema de captura óptica convencional nuestro laboratorio ha ideado una técnica alternativa que utiliza la óptica de campo cercano para mover partículas a través de un chip. En lugar de centrarse rayos láser en el campo lejano, el cercano campo óptico de resonadores plasmónicas produce la mejora intensidad óptica local, necesario para superar las restricciones de la difracción y manipular partículas a mayor resolución. Resonadores estrechamente espaciadas producen trampas ópticas fuertes que pueden ser abordados para mediar en el hand-off de partículas de uno a otro de una manera cinta transportadora similar. Aquí se describe cómo diseñar y producir una cinta transportadora usando una superficie de oro con dibujos de resonadores en forma de C plasmónicas y cómo operar con luz láser polarizada para lograr la manipulación nanopartícula super-resolución y el transporte. El chip cinta transportadora nano-óptica puede producirse usando técnicas de litografía y fácilmente empaquetado y distribuido.
Introducción
Capture, el interrogatorio y la manipulación de nanopartículas individuales son de creciente importancia en la nanotecnología. Las pinzas ópticas han convertido en una técnica de manipulación particularmente exitoso para experimentos en biología molecular 1-4 química 5-7 y nano-ensamblaje 7-10 donde han permitido experimentos innovadores tales como la medición de las propiedades mecánicas de las moléculas de ADN individuales 4 y la clasificación de células por sus propiedades ópticas 11,12. Descubrimientos sobre estas fronteras se abren el estudio de sistemas aún más pequeños, y dar paso a la ingeniería de nuevos....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Protocolo
1. Diseño del grabado en forma de C (CSE) de matriz
- Diseñar el modelo de matriz.
Figura 1. CSE Diseño. Representación de la cinta transportadora elemento repetir. Transporte éxito se ha logrado usando d y = 320 nm y d x = 360 nm. Pares adyacentes de grabados tienen un desplazamiento de rotación relativo 60º. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Dete....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Resultados
Figura 7 es una imagen del dispositivo final. En el centro de la superficie de oro de 1 cm x 1 cm es la matriz de CSE y patrones transportadoras, que pueden ser apenas visto desde una vista en ángulo. La Figura 6 es una imagen de microscopía electrónica de barrido de un patrón de ejemplo CSE en el dispositivo final.
El movimiento de las partículas de un perla de poliestireno 390 nm viajar a través de una cinta transportadora nano-óptica 5 micras de longitud .......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Discusión
El NOCB combina las poderosas fuerzas de captura y pequeño tamaño trampa de enfoques plasmónicas con la capacidad para el transporte de partículas, siempre disponibles sólo para las técnicas de centrado de vigas convencionales. Único en el NOCB, las propiedades de captura y transporte del sistema son el resultado de los patrones de la superficie y no de la conformación del haz de iluminación. Siempre que la iluminación es lo suficientemente brillante y su polarización o longitud de onda se puede modular, las partículas .......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer al profesor Yuzuru Takashima de la Universidad de Arizona por sus discusiones sobre imágenes ópticas, al Sr. Karl Urbanek por su ayuda con los láseres de alta potencia y a Max Yuen por sus discusiones sobre el movimiento browniano. Los autores envían un agradecimiento adicional al profesor Kenneth Crozier de la Universidad de Harvard por las útiles discusiones sobre los experimentos de captura óptica. La financiación fue proporcionada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (premio número 1028372).
....Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Resistencia al haz de electrones HSQ | Dow Corning | XR-1541-006 | |
| PMMA | MicroChem | 950A2 M230002 | |
| Adhesivo óptico de curado rápido | Norland Adhesivo óptico | NOA 81 | |
| Microesferas fluorescentes de carboxilo | Bangs Laboratories | FC02F, FC03F | |
| Microesferas fluorescentes modificadas con carboxilato | Sondas moleculares | F-8888 | |
| Portaobjetos de cuarzo | SPI Supplies | 1020-AB | |
| Microscopio fluorescente invertido | Nikon | ECLIPSE TE2000-U | |
| Nd:YAG láser | Lightwave Electronics | 221-HD-V04 | |
| Cámara SCMOS PCO | EDGE55 | ||
| Watec | WAT-120N | ||
| Placa de media onda de orden cero | Thorlabs | WPH05M-1064 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Agua destilada | Invitrogen | 10977-023 | |
| Oblea de | Si Silicio Quest International | 708069 | |
| Lentes ópticas | Thorlabs |
Referencias
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M. Optical Trapping and Manipulation Of Viruses and Bacteria. Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).
- Svoboda, K., Block, S. M. Biological Applications of Optical Forces. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).
- Neuman, ....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Reimpresiones y permisos
