Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Plasmonic اصطياد والإفراج عن النانوية في بيئة المراقبة

Published: April 4, 2017 doi: 10.3791/55258
Automatic Translation
1, 2
1Division of Scientific Instrumentation, Korea Basic Science Institute (KBSI), 2School of Mechanical Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Summary

ويرد عملية تصنيع الرقائق الدقيقة التي تتضمن ملاقط plasmonic هنا. رقاقة تمكن التصوير من الجسيمات المحاصرين لقياس قوات محاصرة القصوى.

Abstract

ملاقط Plasmonic استخدام بولاريتون مأكل سطح لحصر الأجسام النانوية قطوب. بين تصاميم مختلفة من ملاقط plasmonic، سوى عدد قليل يمكن أن نلاحظ جزيئات يجمد. وعلاوة على ذلك، فإن عددا محدودا من الدراسات قياسها تجريبيا قوات exertable على الجسيمات. يمكن تصنيف التصاميم وجاحظ نوع nanodisk أو قمعها نوع nanohole. لهذا الأخير، والمراقبة المجهرية هي صعبة للغاية. في هذه الورقة، وإدخال نظام منتاش plasmonic جديد لرصد الجسيمات، سواء في اتجاهات متوازية ومتعامدة مع محور متماثل هيكل nanohole plasmonic. هذه الميزة تتيح لنا مراقبة حركة كل جسيم بالقرب من حافة nanohole. وعلاوة على ذلك، يمكننا تقدير كمي لقوات محاصرة القصوى باستخدام قناة الموائعية جديدة.

Introduction

القدرة على التعامل مع الأشياء الميكروسكيل هي ميزة لا غنى عنها للعديد من التجارب الصغيرة / نانو. يمكن التلاعب الاتصال مباشرة يضر الكائنات التلاعب بها. الافراج عن الكائنات التي عقدت سابقا هو أيضا تحديا بسبب مشاكل stiction. للتغلب على هذه القضايا، العديد من الطرق غير المباشرة باستخدام فلويديك 1، 2 الكهربائية، والمغناطيسية 3، أو قوات الضوئية 4، 5، 6، 7، 8 تم اقتراحها. تستند ملاقط Plasmonic التي تستخدم قوات الضوئية على فيزياء استثنائية تعزيز المجال عدة أوامر أكبر من شدة الحادث 9. هذا التعزيز ميداني قوي للغاية تمكن محاصرة من جزيئات صغيرة جدا. على سبيل المثال، فقد تبين لشل والتلاعب النانوالأشياء، مثل جزيئات البوليستيرين 7 و 10 و 11 و 12 و 13 و 14 و 15 سلاسل البوليمر والبروتينات 16، النقاط الكمومية 17، وجزيئات DNA 8، 18. دون ملاقط plasmonic، فمن الصعب أن الجسيمات النانوية فخ لأنها تختفي بسرعة قبل أن يتم فحصها بشكل فعال أو لكانت معطوبة بسبب كثافة عالية من الليزر.

وقد استخدمت العديد من الدراسات plasmonic مختلف الهياكل الذهب النانوية. يمكننا تصنيف الهياكل الذهب وجاحظ أنواع nanodisk 12، 13، 14، 15، 19 20، 21 أو قمعها أنواع nanohole 7، 8، 10، 11، 22، 23. من حيث الراحة والتصوير، وأنواع nanodisk هي أكثر ملاءمة من أنواع nanohole لأن لهذا الأخير، يمكن للركائز الذهب عرقلة عرض الملاحظة. وعلاوة على ذلك، يحدث محاصرة plasmonic بالقرب من هيكل plasmonic ويجعل المراقبة أكثر تحديا. إلى حد علمنا، محاصرة plasmonic على أنواع nanohole تم التحقق فقط باستخدام إشارات نثر غير المباشرة. ومع ذلك، لا الملاحظات المباشرة الناجحة، مثل الصور المجهرية، فقد تم الإبلاغ عنها. ووصف عدد قليل من الدراسات الموقف من الجسيمات المحاصرين. وقدم واحدة من هذه النتيجة وانغ وآخرون. وأنشأوا عمود الذهب على ركيزة الذهب، ولاحظ عالمادة الحركة باستخدام المجهر الفلورسنت 24. ومع ذلك، هذا هو فعالة فقط لرصد الحركات الجانبية وليس في اتجاه مواز لمحور الحزمة.

في هذه الورقة، ونحن نقدم تصميم رقاقة وتلفيق إجراءات الموائعية جديدة. باستخدام هذه الشريحة، علينا أن نظهر رصد الجسيمات المحاصرين plasmonically، سواء في اتجاهات متوازية ومتعامدة مع البنية النانوية plasmonic. وعلاوة على ذلك، فإننا قياس القوة القصوى للجسيمات يجمد عن طريق زيادة سرعة السائل للعثور على سرعة تحول في رقاقة. هذه الدراسة هي فريدة من نوعها لأن معظم الدراسات على ملاقط plasmonic لا يمكن أن تظهر من الناحية الكمية قوات محاصرة القصوى المستخدمة في الاجهزة الخاصة بهم التجريبية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: يرجى الرجوع إلى جميع أنظمة السلامة المواد ذات الصلة قبل الاستخدام. العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في تصنيع الرقائق الدقيقة هي شديدة السمية ومسرطنة. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند تنفيذ عمليات ضوئيه والنقش، بما في ذلك استخدام الضوابط الهندسية (غطاء الدخان، صفيحة ساخنة، واليجنر)، ومعدات الوقاية الشخصية (النظارات الواقية والقفازات ومعطف المختبر، والسراويل كامل طول، وأغلق -أحذية اصبع القدم).

1. تصنيع متناهية PDMS

  1. تصنيع القالب متناهية من قبل عملية طبعة حجرية ضوئية
    1. تماما إزالة المواد الغريبة على 4 بوصة سطح سي رقاقة مع تنظيف سمكة البيرانا (الشكل 1A). مزيج حمض الكبريتيك (H 2 SO 4) وبيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) في نسبة 3: 1 لجعل الحل البيرانا في الطبق. مزيج من خلال إضافة تدريجيا كميات صغيرة من حمض قوي (H 2 O 2 SO 4)؛ عكس هذا الأمر قد يسبب انفجار بسبب حامض قوي شديد التفاعل.
    2. تزج الرقاقة في حل سمكة البيرانا لمدة 10 دقيقة. وفي وقت لاحق، تزج الرقاقة في (DI) منزوع الأيونات الماء لمدة 3 دقائق لإزالة حل البيرانا المتبقية. شطف الرقاقة مع المياه المتدفقة DI لمدة 10 ثانية. كرر الإجراء الشطف 3 مرات والجافة مع غاز N 2 لإزالة ما تبقى من DI.
    3. وضع رقاقة على طبق ساخن لمدة 20 دقيقة على حرارة 180 درجة مئوية لزيادة يذوى الرقاقة.
    4. صب 5 مل من مقاومة للضوء سلبي على رأس رقاقة وتدور معطف لمدة 45 ق في 1500 دورة في الدقيقة (الشكل 1B). بعد طلاء زيادة ونقصان، يتم إنشاء حبة مقاومة للضوء على حافة رقاقة بسبب اللزوجة العالية نسبيا من مقاومة للضوء.
    5. تحقيق التوازن بين الرقاقة المغلفة مقاومة للضوء عن طريق planarization على موقف التسوية لمدة 5 ساعات.
    6. وضع رقاقة المغلفة مقاومة للضوء على طبق ساخن لمدة 12 دقيقة في 65° C، 35 دقيقة في 95 درجة مئوية، و 12 دقيقة في 65 ° C (الخبز لينة).
    7. إصلاح قناع الفيلم على حامل القناع ورقاقة لينة خبز على المسرح ركيزة من اليجنر. تعرض للأشعة فوق البنفسجية (UV) ضوء لمدة 43 ق 650 ميغا جول / سم 2 إلى ترسيخ مقاومة للضوء.
    8. وضع رقاقة على طبق ساخن لمدة 5 دقائق عند 65 درجة مئوية، لمدة 15 دقيقة في 95 درجة مئوية، و 5 دقائق عند 65 درجة مئوية (بعد التعرض الخبز).
    9. تزج الرقاقة في تطوير مقاومة للضوء لمدة 30 دقيقة لإزالة مقاوم الضوء unsolidified.
    10. شطف الرقاقة مع ايزوبروبيل (IPA) والجافة مع غاز N 2 لإزالة ما تبقى IPA.
  2. صناعة متناهية PDMS
    1. علاج سطح الرقاقة والعفن مقاومة للضوء لمدة 1 دقيقة في قوة 200 واط باستخدام جهاز البلازما في الغلاف الجوي 25. تدفقات الغاز من CH 4 وينبغي أن يكون 6 و 30 SCCM، على التوالي. أداء هذا العلاج مسعور لفصل بسهولة polydimethylsiloxane (PDMS) متناهية من سطح الرقاقة والعفن مقاومة للضوء (الشكل 1C).
    2. إعداد الحل PDMS عن طريق خلط قاعدة PDMS وكيل علاج في نسبة 10: 1. يحرك الخليط لمدة 2 دقيقة.
    3. وضع رقاقة داخل طبق بتري (150 ملم × 15 ملم) وإضافة 100 مل من محلول PDMS. إزالة الفقاعات التي تم إنشاؤها من اثارة باستخدام مجفف.
    4. وضع طبق بتري في الفرن لمدة 2 ساعة عند 80 درجة مئوية إلى ترسيخ حل PDMS (1D الشكل) و (ح).
    5. قطع على طول الخطوط العريضة للمتناهية PDMS بشفرة حلاقة وسلخه من الرقاقة. يجب أن يكون متناهية PDMS ملفقة الأبعاد التالية: 13 مم لونغ، و 300 ميكرون واسعة، و 150 ميكرون عالية (أرقام 1E، F، وأنا).
      ملاحظة: يتم إنتاج نوعين من الثقوب عن طريق بزل مجهري لإدراج الألياف أحادية النمط (SMF) الكابل وأنابيب (مدخل لالثانية مخرج) على PDMS متناهية (الشكل 1G). يتم استخدام كابل SMF إلى تنبعث منها شعاع الليزر إلى nanohole المضروب على طبق من ذهب. يتم استخدام أنبوب لادخال / استخراج حل الجسيمات من / متناهية PDMS.
    6. ثقب مدخل 1.5 ملم ومنفذ ثقوب في كل نهاية متناهية PDMS. ثقب 0.3 ملم SMF حفرة كابل في مركز متناهية PDMS.

2. عملية الحفر لوحة من الذهب

  1. إعداد لوحة من الذهب المتاحة تجاريا مع أبعاد 25 × 6.25 مم 2 (الشكل 2A).
  2. إزالة أي مواد أخرى غريبة على طبق من ذهب للإجراءات التنظيف التالية. نظيفة في الترتيب التالي من تخبط في الأسيتون والميثانول والماء DI لمدة 5 دقائق لكل منهما.
  3. شطف طبق من ذهب 3 مرات بالماء DI لمدة 10 ق وتجفيف لوحة بالغاز N 2 لإزالة المياه DI المتبقية.
  4. وضع طبق من ذهب على طبق ساخن ل20 دقيقة على حرارة 180 درجة مئوية لإزالة تماما أي الرطوبة المتبقية.
  5. صب 0.5 مل من hexamethyldisilazane (HMDS) على طبق من ذهب ومعطف تدور لمدة 40 ق في 3000 دورة في الدقيقة.
  6. صب 0.5 مل من مقاومة للضوء إيجابي على أعلى HMDS المغلفة تدور وتدور معطف ل40 ق في 3000 دورة في الدقيقة (الشكل 2B).
  7. وضع لوحة من الذهب المطلي مقاومة للضوء على طبق ساخن لمدة 90 ق في 110 ° C (الخبز لينة).
  8. إصلاح قناع الفيلم على رقاقة الزجاج ووضع لوحة من الذهب لينة خبز على المسرح الركيزة. فضح لضوء الأشعة فوق البنفسجية ل4.5 الصورة في 64 ميغا جول / سم 2 على حل مقاومة للضوء.
  9. تزج وحة من الذهب في تطوير مقاومة للضوء لمدة 1 دقيقة لإزالة مقاوم الضوء المنحل (الشكل 2C). شطف طبق من ذهب بماء DI والجافة مع غاز N 2.
  10. تزج وحة من الذهب في منمش الاتحاد الافريقي لمدة 45 ق بمعدل النقش من 28 A / S لإزالة الاتحاد الافريقي يتعرض (الشكل 2D). شطف وحة من الذهب مع توفير المياه DIص والجافة مع غاز N 2.
  11. تزج وحة من الذهب في منمش تي لمدة 5 ق بمعدل النقش 25 A / S لإزالة تي يتعرض (2E الشكل). شطف طبق من ذهب بماء DI والجافة مع غاز N 2.
  12. إزالة مقاوم الضوء المتبقية على طبق من ذهب من تخبط في الأسيتون والميثانول والماء DI لمدة 3 دقائق لكل منهما (الشكل 2F)؛ تزج لوحة في أمر مكتوب.
  13. شطف طبق من ذهب 3 مرات بالماء DI لمدة 10 ثانية. الجافة مع غاز N 2 لإزالة المياه DI.
  14. وضع طبق من ذهب على طبق ساخن لمدة 3 دقائق في 120 ° C تماما لإزالة الرطوبة. يجب أن تكون كتلة الذهب أنتجت 400 س 150 ميكرون 2 (الشكل 2H).
  15. مطحنة nanohole 400 نانومتر باستخدام شعاع أيون تركيزا (FIB) في وسط كتلة الذهب التي كانت ملفقة بعد الحفر (أرقام 2G و ط). خلق نمط الدائرة 370 نانومتر إلى التركيز على از الذهباوك مع أيون تسريع الجهد 30 كيلو فولت في 28 السلطة الفلسطينية لمدة 3 ق.

3. جمعية رقاقة

  1. علاج الأسطح اثنين من متناهية PDMS ولوحة من الذهب لمدة 1 دقيقة مع O 2 البلازما لإرفاقها مع نظام البلازما في السلطة 80 W والضغط من 825 mTorr 25.
    ملاحظة: إنه لا سيما من الصعب إرفاقها مع الدقة لأن كتلة الذهب وPDMS متناهية وعلى مستوى ميكرون. وبالتالي، استخدام اليجنر مع كاميرا ومرحلة اليدوية.
  2. إصلاح رقاقة الزجاج الذي يستخدم لإرفاق قناع فيلم لصاحب قناع اليجنر (الشكل 3A).
  3. إرفاق O 2-تعامل -plasma PDMS متناهية إلى رقاقة الزجاج، لأن PDMS غير ماء، وسوف نعلق بسهولة إلى رقاقة الزجاج دون أي حل التصاق. إصلاح وحة من الذهب على الساحة ركيزة من اليجنر (الشكل 3A).
  4. تحديد المراكز من الخامسالبريد SMF حفرة الكابل والذهب كتلة، والتي تتماشى على نفس المحور، وذلك باستخدام الكاميرا على اليجنر. رفع مرحلة اليدوية الجمع بين شطري (أرقام 3B و ج).

4. تحسين رقاقة الجانبية خشونة السطح PDMS طلاء

ملاحظة: لوحة من الذهب مع أبعاد ثابتة من 400 س 150 ميكرون 2 هو أكثر صعوبة نسبيا لقطع من مادة PDMS. لذلك، لفصل متناهية PDMS من الرقاقة، يتم استخدام شفرة حلاقة لقطع قطعة أكبر من طبق من ذهب. بعد الجمع بين شطري، ثم يجب قطع أجزاء الزائدة من PDMS بالنسبة للوحة من الذهب بحيث داخل القناة ويمكن ملاحظة من الجانب باستخدام المجهر (الشكل 4A). ومع ذلك، فإن سطح قطع، والذي يستخدم كإطار، لديها خشونة السطح عالية وبالتالي تنتج صورا غائم من الجسيمات التي تتدفق في القناة (الشكل4B). يتم تنفيذ طلاء مع حل PDMS مرة أخرى لحل هذه المشكلة.

  1. إعداد الحل PDMS عن طريق خلط قاعدة PDMS وكيل علاج في 10: 1 نسبة ويقلب لمدة 2 دقيقة.
  2. صب 2 مل من محلول PDMS في طبق بتري وتنفيذ أعمال طلاء تدور لمدة 30 ثانية في 1000 دورة في الدقيقة (الشكل 4C).
  3. وضع سطح رقاقة التي سوف يكون موجودا على المجهر على طبق بيتري (الشكل 4D). وضع طبق بتري في الفرن لمدة 1 ساعة عند 80 درجة مئوية إلى ترسيخ حل PDMS.
  4. قطع الحدود من رقاقة وPDMS باستخدام شفرة حلاقة، وبعد ذلك سلخه من طبق بيتري (أرقام 4E، و).

5. يزر اقتران إلى إدراج كابل SMF إلى رقاقة

ملاحظة: بالنسبة للنظام منتاش plasmonic، يتم استخدام البصرية الحادث الألياف الليزر مع الطول الموجي 1064 نانومتر. يتم استخدام كابل SMF لأن قطر INCIالليزر يقيد في (5 ملم) هائلة جدا لينبعث شعاع الليزر في nanohole المضروب على كتلة الذهب (400 س 150 ميكرون 2) في الرقائق. قطر الكسوة من كابل SMF 125 ميكرون. وبالتالي، يجب أن يقترن الليزر الحادث وكابل SMF.

  1. توصيل 40X عدسة الهدف إلى الهدف المجهر جبل على مقرنة SMF. إصلاح كابل SMF على المشبك الألياف مقرنة SMF. محاذاة شعاع الليزر الحادث لملء الفتحة الخلفية للعدسة الهدف.
  2. تركيز شعاع الليزر إلى جوهر كابل SMF عن طريق ضبط اليدوي ثلاثة محاور مرحلة مجهزة على مقرنة SMF.
  3. أدخل الطرف الآخر من كابل SMF في حفرة كابل SMF من رقاقة. قياس قوة الليزر قبل الإدراج عند حافة كابل الألياف، لأن كابل الألياف ثابت في رقاقة لا يمكن أن تكون منفصلة.
  4. اغلاق فتحة كابل SMF باستخدام الغراء الايبوكسي لمنع تسرب من الحل الجسيمات المتدفقة من الفجوة بين سيارة أجرة SMFلو حفرة (300 ميكرون) والكسوة من كابل SMF (125 ميكرون). نهاية كابل الألياف إدراجها لا ينبغي أن تدخل متناهية لتجنب تدفق السوائل. محاذاة يدويا باستخدام كابل الألياف البصرية ردود الفعل بحيث يكون عموديا على كتلة الذهب الذي يستضيف nanohole.

6. الجسيمات Plasmonic محاصرة من واحدة نيون البوليستيرين في رقاقة

  1. نعلق حقنة، وهي مليئة الحل الجسيمات، لMICROPUMP حقنة. وضع غطاء زجاجي على المسرح عينة من المجهر الفلورسنت. توصيل الأنابيب إلى الثقوب مدخل / مخرج من رقاقة. وضع سطح رقاقة المغلفة PDMS على أعلى من الزجاج غطاء.
  2. وضع رقاقة متعامد إلى 60X غمر المياه عدسة الهدف من خلال مراقبة داخل القناة مع كاميرا مثبتة على المجهر الفلورسنت. استخدام الشريط الشفاف لتثبيت رقاقة في المكان. توصيل أنبوب مدخل رقاقة مع شمال شرق حقنةedle.
  3. إدراج الحل الجسيمات إلى رقاقة عن طريق التحكم في MICROPUMP في 20 ميكرون / ثانية. في هذه اللحظة، تأكد من أن الجسيمات الفلورية يمكن ملاحظتها جيدا في القناة عند تشغيل مصباح الفلورسنت على.
  4. انتظر حتى يخرج الحل الجسيمات من منفذ للرقاقة. ضبط السرعة إلى 3.4 ميكرون / ثانية.
  5. تشغيل الجهاز مصدر الليزر بحيث تنبعث الليزر في nanohole. سيتم المحاصرين الجسيمات الفلورية في حافة nanohole.
  6. منحدر سرعة السائل في الزيادات من 0.4 ميكرون / ثانية عن طريق التحكم في MICROPUMP حتى يهرب الجسيمات المحاصرين. قياس سرعة السائل عند هربا من الجسيمات المحاصرين. الحصول على قوة محاصرة القصوى لكل كثافة الليزر باستخدام هذه السرعة السائل قياس.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يظهر عملية تصنيع متناهية والذهب nanohole لوحة PDMS في أرقام 1 و 2. طريقة الجمع بين البابين الثاني ويظهر رقاقة الفعلية في الشكل (3). تم قطع PDMS للكشف داخل القناة من جانب رقاقة. ومع ذلك، فإنه من الصعب مراقبة الجزيئات المتدفقة في القناة بسبب خشونة سطح الطائرة القطع. ولذلك، قدمنا طريقة PDMS طلاء لحل هذه المشكلة، كما هو مبين في الشكل (4).

لاحظنا 5 ميكرون، وتتدفق جزيئات البوليستيرين في رقاقة لتأكيد تأثير طلاء PDMS. ويبين الشكل 5 رقاقة ملفقة الفعلية والجزيئات التي لوحظت في رقاقة باستخدام المجهر. الشكل 5A وج هي قبل وبعد appearaالامتحانات التنافسية الوطنية من رقاقة. الشكل 5B و د هي الأسطح تضخيم كل منها. ويبين الشكل 5E الجزيئات المتدفقة واضحة، في حين يبين الشكل 5F أن حواف الجزيئات لا سيما واضحة، وأنه يمكن رصد الحركات. على النحو الوارد أعلاه، وطلاء PDMS من سطح رقاقة ضروري لرصد الجسيمات المحاصرين.

ويبين الشكل 6 100 نانومتر البوليسترين الجسيمات تمر محاصرة البصرية plasmonic من قبل النظام منتاش plasmonic. تم استخدام كابل SMF مع 0.14 الفتحة العددية (NA). تم إدراج أنبوب في الثقوب مدخل / مخرج للقناة رقاقة. تم استخدام MICROPUMP لادخال وجمع 100 نانومتر البوليسترين الفلورسنت حل الجسيمات. التأكيد على ظهور الداخلية للجسيمات المحاصرين من قبل ظاهرة plasmonic، تم توسيع الأجزاء المتقطعة في الشكل 6A كما أقحم،

ويبين الشكل 7 صور متتالية حيث كان محاصرا 100 نانومتر الفلورسنت الجسيمات البوليسترين التي تدفقت في متناهية وأفرج عنه في nanohole في شدة 0.42 ميغاواط / ميكرون 2. تدفقت الجسيمات بسرعة ثابتة من 3.4 ميكرون / ثانية في اتجاه السائل، كما هو مبين في الشكل 7A. بعد أن تحولت الليزر على، واحدة من الجزيئات كان محاصرا في nanohole، كما هو مبين في الشكل 7B. على العكس من ذلك، تدفقت جسيم آخر في مجرى، كما هو مبين في الشكل 7C. ثم، تم زيادة سرعة تدفق حتى نجا من الجسيمات المحاصرين. ويبين الشكل 7D المنتمادة الهروب من الفخ. في هذه اللحظة، يمكننا تقدير قوة محاصرة مع الملاحظة المباشرة عن طريق قياس سرعة السائل عندما هرب الجسيمات. كما عملنا في الاتجاه المعاكس. بدلا من زيادة سرعة السائل، ونحن انخفضت تدريجيا قوة الليزر في التناقصات من 1 ميغاواط وسجلت كثافة عندما هرب الجسيمات. ويعرف هذا كثافة الليزر كحد ادنى كثافة محاصرة الليزر وقياس ليبلغ 0.24 ميغاواط / ميكرون 2.

شكل 1
الشكل 1. تصنيع متناهية PDMS. (أ) إعداد سي الرقاقة. (ب) الطلاء الواقي الضوئي دوران الرقاقة. (ج) المصنعة العفن متناهية من قبل عملية ضوئيه. (د) PDMS التصلب باستخدام الفرن بعد صب حل PDMS على رقاقة. (ه) PDMS قطع متناهية. (و) PDMS متناهية مفرزة من الرقاقة. (ز) مدخل / مخرج والثقوب كابل SMF ثقب في متناهية PDMS. (ح) الفعلية عزز PDMS على رقاقة. (ط) الفعلية PDMS فصل متناهية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. التصنيع من nanohole على طبق من ذهب بعد عملية الحفر. (أ) ترسب الاتحاد الافريقي ومنظمة الشفافية الدولية على الزجاج. طلاء تدور (ب) الواقي من لوحة من الذهب. (ج) إزالة مقاومة للضوء الذائب بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية ضوء. (د) الاتحاد الافريقي الحفر. (ه) تي الحفر. (و) المتبقية مقاومة للضوء إعادة moval. (ز) Nanohole الطحن بواسطة شعاع أيون تركيزا على كتلة الذهب. (ح) الفعلي كتلة الذهب ملفقة. (ط) nanohole المضروب الفعلي على كتلة الذهب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. عملية جمعية رقاقة. (أ) إصلاح متناهية PDMS ولوحة من الذهب على حامل القناع ومرحلة الركيزة، على التوالي، ومجهزة على اليجنر. (ب) الجمع بين متناهية جزء PDMS وطبق من ذهب بعد المعالجة السطحية مع O 2 البلازما. (ج، د) تجميعها رقاقة بعد الجمع. (ه) إزالة كميات زائدة من متناهية PDMS. ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4. عملية السطح تحسين خشونة من قبل PDMS الطلاء. (أ) إزالة كميات زائدة باستخدام شفرة حلاقة بعد الجمع بين شطري. (ب) خشونة عالية سطح رقاقة بعد القطع. (ج) PDMS حل طلاء تدور في طبق بتري. (د) غمس سطح نافذة رقاقة في حل PDMS المغلفة زيادة ونقصان. (ه) المغلفة PDMS رقاقة مفرزة من طبق بيتري. (و) تحسين خشونة السطح PDMS الطلاء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

SS = "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> الرقم 5
الشكل 5. تجميعها رقاقة والمراقبة من جزيئات البوليستيرين 5 ميكرون في متناهية قبل وبعد PDMS الطلاء. (أ، ب) رقاقة قبل PDMS الطلاء وعرض المكبرة. (ج، د) رقاقة بعد PDMS الطلاء وعرض المكبرة. (ه، و) مراقبة الجزيئات في متناهية قبل وبعد طلاء PDMS. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الرقم 6. تصميم نظام منتاش plasmonic. (أ) تخطيطي لنظام منتاش plasmonic. (ب الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. محاصرة وإطلاق سراح من 100 نانومتر الجسيمات البوليسترين الفلورسنت في متناهية. (أ) متناهية مع الجسيمات التي تصب في تيار. (ب، ج) الجسيمات المحاصرين في nanohole بالمقارنة مع جزيء آخر. (د) الجسيمات التي هربت من فخ نظرا لقوة السوائل زيادة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تم إدراج كابل SMF في حفرة كابل SMF على رقاقة، كما هو مبين في نقطة مستطيلة الشكل 6A. لأن الكابل حفرة SMF أكبر من قطر الكابل، تم استخدام الايبوكسي الغراء لاغلاق الفجوة لمنع تسرب من الحل الجسيمات المتدفقة. قبل تطبيق الغراء الايبوكسي، كتلة الذهب وحافة كابل يجب أن تكون محاذاة محوري باليد باستخدام المجهر. على الرغم من أنها مثالية للحافة كابل إدراج وnanohole إلى الانحياز محوري، وهو اختلال طفيف يمكن السكوت لأن شعاع الليزر يتباعد بمجرد خروجه من نهاية كابل NA SMF حافة 0.14، وشعاع يؤثر على أكبر من ذلك بكثير منطقة. لأنه تم تكوين رقاقة أن يكون عمودي على المحور البصري للالمجهر، ونحن لا يمكن أن نلاحظ مباشرة موقع nanohole. موقع nanohole لا يمكن تحديدها بشكل غير مباشر من خلال مراقبة الموقع من الجسيمات المحاصرين plasmonically في nanohole. ايمكن توفير حل عن طريق تثبيت الكاميرا على كابل الألياف واستخدامه لمراقبة كتلة الذهب.

والسمة المميزة للرقاقة هو قدرته على رصد حركة الجسيمات بالقرب من nanohole plasmonic في الوقت الحقيقي. حركة الجسيمات تتبع السيناريو هو موضح أدناه. عندما تيارات السائل الجسيمات إلى الأمام، بعض الجسيمات تتحرك نحو كتلة الذهب. في بعض الحالات، الجسيمات يحصل خصوصا على مقربة من حافة nanohole بسبب جاذبية للnanohole وفي النهاية يصبح يجمد. في هذه اللحظة، مارست القوة الضوئية على تجاوز جسيم القوة السوائل. وفي وقت لاحق، والجسيمات يجمد يهرب من حافة nanohole عندما يزيد سرعة السائل. وبالتالي، فإن قوة السوائل تصبح أقوى من القوة البصرية. ويمكن قياس قوة محاصرة القصوى من هذه سرعة السائل الطرفية. ومع ذلك، فإن معادلة قوة السحب التقليدية لا يمكن استخدامها لأن الجسيمات في اتصال جسدي مع زالجدار القديم في nanohole. للنظر في تأثير سطح الجدار الذهب، استخدمنا طريقة محدود، عنصر، والتي تعتبر حركة السوائل بالقرب من السطح، وحصل على قوة السوائل.

وأدخلنا الإعداد منتاش plasmonic الجديد الذي تمكن من رصد ديناميات الجسيمات على طول محور شعاع الليزر. في المقابل، الدراسات السابقة قدم فقط حركة الجسيمات في الطائرة عمودي على محور شعاع الليزر، مثل مع nanoblock 12، nanodisk 13 و 14 و 19 و 21 و 20 nanostick، وnanopyramid 18. وعلاوة على ذلك، في حالة أنواع nanohole، لا يمكن إلا أن يشهد محاصرة من خلال رصد إشارة تشتت، وليس عن طريق رصد بصرية 10 و 11 و 23. ومع ذلك،لم نتمكن من قياس بدقة موقف جسيم بسبب القدرات المحدودة لتقنيات التصوير الحالية. ينبغي تحسين جودة التصوير أيضا على تأكيد القياسات خلع بالضبط. هذه التقنية يمكن تطبيقها في توصيف وbiosensing من جزيء واحد.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل R تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وبرنامج D من MSIP / IITP (R0190-15-2040، تطوير نظام إدارة التكوين محتويات وجهاز محاكاة للطباعة 3D باستخدام المواد الذكية).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Zhang, K., et al. On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force. Lab Chip. 9 (20), 2992-2999 (2009).
  4. 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).
  5. Kim, J. D., Hwang, S. U., Lee, Y. G. Traceable assembly of microparts using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 22, 105003 (2012).
  6. Kim, J. D., Lee, Y. G. Construction and actuation of a microscopic gear assembly formed using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 23, 065010 (2013).
  7. Kim, J. D., Choi, J. H., Lee, Y. G. A measurement of the maximal forces in plasmonic tweezers. Nanotechnology. 26 (42), 425203 (2015).
  8. 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).
  9. Quidant, R. Plasmonic tweezers - the strength of surface plasmons. MRS Bull. 37 (8), 739-744 (2012).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Tanaka, Y., Kaneda, S., Sasaki, K. Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair. Nano Lett. 13 (5), 2146-2150 (2013).
  13. Kang, J. H., et al. Low-power nano-optical vortex trapping via plasmonic diabolo nanoantennas. Nat. Commun. 2, 582 (2011).
  14. Roxworthy, B. J., et al. Application of plasmonic bowtie nanoantenna arrays for optical trapping, stacking, and sorting. Nano Lett. 12 (2), 796-801 (2012).
  15. 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).
  16. Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of a single protein. Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Grigrenko, A. N., Roberts, N. W., Dickson, M. R., Zhang, Y. Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates. Nat. Photonics. 2, 365-370 (2008).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Berthelot, J., et al. Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers. Nat. Nanotechnol. 9 (4), 295-299 (2014).
  23. Chen, C., et al. Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity. Nano Lett. 12 (1), 125-132 (2011).
  24. 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).
  25. 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).

Tags

الهندسة، العدد 122، plasmonics، ملاقط plasmonic، محاصرة البصرية، قوات البصرية، على microfluidics، nanohole، تجميد النانوية
Plasmonic اصطياد والإفراج عن النانوية في بيئة المراقبة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, J. D., Lee, Y. G. Plasmonic… More

Kim, J. D., Lee, Y. G. Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment. J. Vis. Exp. (122), e55258, doi:10.3791/55258 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter