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Engineering

Plasmonic फँसाने और नैनोकणों के रिलीज एक निगरानी पर्यावरण में

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

एक माइक्रोचिप निर्माण की प्रक्रिया है कि plasmonic चिमटी को शामिल किया गया यहां प्रस्तुत किया है। माइक्रोचिप अधिक से अधिक फँसाने बलों को मापने के लिए एक फंस कण की इमेजिंग सक्षम बनाता है।

Abstract

Plasmonic चिमटी सतह plasmon polaritons का उपयोग polarizable नैनो पैमाने वस्तुओं सीमित करने के लिए। plasmonic चिमटी के विभिन्न डिजाइनों में, केवल कुछ ही स्थिर कणों का निरीक्षण कर सकते हैं। इसके अलावा, अध्ययन की एक सीमित संख्या में प्रयोगात्मक कणों पर exertable बलों मापा जाता है। डिजाइन फैला हुआ nanodisk प्रकार या दबा nanohole प्रकार के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता। पिछले के लिए, सूक्ष्म अवलोकन अत्यंत चुनौतीपूर्ण है। इस पत्र में, एक नया plasmonic चिमटी प्रणाली कणों की निगरानी के लिए, दोनों समानांतर और एक plasmonic nanohole संरचना के सममित धुरी के orthogonal दिशाओं में शुरू की है। यह सुविधा nanohole के रिम के पास प्रत्येक कण के आंदोलन का पालन करने के लिए सक्षम बनाता है। इसके अलावा, हम मात्रात्मक एक नई fluidic चैनल का उपयोग अधिक से अधिक फँसाने बलों अनुमान कर सकते हैं।

Introduction

microscale वस्तुओं में हेरफेर करने की क्षमता कई सूक्ष्म / नैनो प्रयोगों के लिए एक अनिवार्य विशेषता है। प्रत्यक्ष संपर्क जोड़तोड़ चालाकी से वस्तुओं को नुकसान पहुंचा सकता। पहले से आयोजित वस्तुओं विमोचन भी क्योंकि stiction समस्याओं का चुनौतीपूर्ण है। इन मुद्दों पर काबू पाने के लिए, कई अप्रत्यक्ष fluidic 1, बिजली के 2, चुंबकीय 3, या फोटोनिक बलों 4, 5, 6, 7 का उपयोग कर के तरीकों, 8 प्रस्ताव किया गया है। Plasmonic चिमटी कि फोटोनिक बलों का उपयोग असाधारण क्षेत्र वृद्धि कई घटना तीव्रता 9 से बड़ा आदेश के भौतिक विज्ञान पर आधारित हैं। यह बेहद मजबूत क्षेत्र वृद्धि अत्यंत छोटे नैनोकणों के फँसाने सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, यह स्थिर और नैनो पैमाने हेरफेर करने के लिए दिखाया गया हैऐसे polystyrene कणों 7, 10, 11, 12, 13, 14, पॉलीमर श्रृंखलाओं 15, प्रोटीन 16, क्वांटम डॉट्स 17, और डीएनए अणु 8, 18 के रूप में वस्तुओं,। plasmonic चिमटी के बिना, यह जाल नैनोकणों के लिए मुश्किल है, क्योंकि वे जल्दी से गायब हो जाते हैं इससे पहले कि वे प्रभावी ढंग से जांच की जाती है या क्योंकि वे लेजर के उच्च तीव्रता के कारण क्षतिग्रस्त हो रहे हैं।

कई plasmonic पढ़ाई विभिन्न नैनो पैमाने सोने संरचनाओं का इस्तेमाल किया है। हम nanodisk प्रकार 12, 13, 14, 15 फैला हुआ के रूप में सोने संरचनाओं वर्गीकृत कर सकते हैं, 19 20, 21 या दबा nanohole प्रकार 7, 8, 10, 11, 22, 23। इमेजिंग सुविधा के संदर्भ में, nanodisk प्रकार, क्योंकि बाद के लिए, सोने substrates अवलोकन दृश्य में बाधा डालते कर सकते हैं nanohole प्रकार की तुलना में अधिक उपयुक्त हैं। इसके अलावा, plasmonic फँसाने plasmonic संरचना के पास होता है और प्रेक्षण और भी अधिक चुनौतीपूर्ण बना देता है। हमारी जानकारी के लिए, nanohole प्रकार पर plasmonic फँसाने केवल अप्रत्यक्ष बिखरने संकेतों का उपयोग कर सत्यापित किया गया था। हालांकि, इस तरह सूक्ष्म छवियों के रूप में कोई सफल प्रत्यक्ष अवलोकन,, सूचित किया गया है। कुछ अध्ययनों फंस कणों की स्थिति का वर्णन किया है। ऐसा ही एक परिणाम वांग एट अल द्वारा पेश किया गया। वे एक सोने की सब्सट्रेट पर एक सोने का स्तंभ बनाया और पी मनायालेख गति एक फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोप 24 का उपयोग कर। हालांकि, इस पार्श्व गति किरण धुरी के समानांतर दिशा में नहीं की निगरानी के लिए ही प्रभावी है।

इस पत्र में, हम नए fluidic माइक्रोचिप डिजाइन और निर्माण प्रक्रियाओं को लागू। इस चिप का उपयोग करना, हम दोनों समानांतर और plasmonic nanostructure के लिए ओर्थोगोनल दिशाओं में, plasmonically फंस कणों की निगरानी का प्रदर्शन। इसके अलावा, हम तरल पदार्थ वेग बढ़ माइक्रोचिप में टिपिंग वेग को खोजने के लिए द्वारा स्थिर कण का अधिक से अधिक बल को मापने के। क्योंकि plasmonic चिमटी पर ज्यादातर अध्ययन में मात्रात्मक उनके प्रयोगात्मक सेटअप में इस्तेमाल अधिक से अधिक फँसाने बलों नहीं दिखा सकते हैं इस अध्ययन में अनूठा है।

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Protocol

सावधानी: कृपया उपयोग करने से पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा नियमों को देखें। माइक्रोचिप निर्माण में प्रयोग किया जाता रसायनों के कई तीव्रता से विषाक्त और कासीनजन हैं। जब फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं प्रदर्शन, इंजीनियरिंग नियंत्रण (धूआं हुड, गर्म थाली, और एलाइनर) और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, प्रयोगशाला कोट, पूर्ण लंबाई पैंट, और बंद के उपयोग सहित सभी उचित सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें -पैर के जूते)।

1. PDMS Microchannel का निर्माण

  1. photolithograph प्रक्रिया द्वारा सूक्ष्म मोल्ड के निर्माण
    1. पूरी तरह से पिरान्हा सफाई (चित्रा 1 क) के साथ 4 इंच सी वेफर सतह पर विदेशी तत्वों को हटा दें। 3 के अनुपात में सल्फ्यूरिक एसिड (एच 2 एसओ 4) और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच 2 ओ 2) मिक्स: 1 डिश में पिरान्हा समाधान बनाने के लिए। धीरे-धीरे मजबूत अम्ल की थोड़ी मात्रा जोड़ने (एच 2 ओ द्वारा मिक्स 2 एसओ 4) के लिए; इस आदेश को पलटने के उच्च प्रतिक्रियाशील मजबूत अम्ल की वजह से एक विस्फोट का कारण हो सकता है।
    2. 10 मिनट के लिए पिरान्हा समाधान में वेफर को डुबो दें। बाद में, शेष पिरान्हा समाधान निकालने के लिए 3 मिनट के लिए विआयनीकृत (डीआई) पानी में वेफर विसर्जित। 10 एस के लिए डि बहते पानी के साथ वेफर कुल्ला। साथ एन 2 गैस से rinsing प्रक्रिया दोहराएँ 3 बार और शुष्क शेष डि दूर करने के लिए।
    3. 180 डिग्री सेल्सियस पर 20 मिनट के लिए एक गर्म थाली पर वेफर रखें आगे वेफर निर्जलीकरण के लिए।
    4. 1500 rpm (1b चित्रा) पर 45 s के लिए वेफर और स्पिन कोट के ऊपर नकारात्मक photoresist 5 एमएल डालो; स्पिन कोटिंग के बाद, एक photoresist मनका photoresist की अपेक्षाकृत उच्च चिपचिपाहट की वजह से वेफर किनारे पर बनाया जाता है।
    5. 5 घंटे के लिए एक समतल स्टैंड पर planarization द्वारा photoresist में लिपटे वेफर संतुलित करें।
    6. 65 पर 12 मिनट के लिए एक गर्म थाली पर photoresist में लिपटे वेफर रखेंडिग्री सेल्सियस, 95 डिग्री सेल्सियस पर 35 मिनट और 65 डिग्री सेल्सियस (नरम पाक) पर 12 मिनट।
    7. मुखौटा धारक और एलाइनर की सब्सट्रेट मंच पर मुलायम बेक्ड वेफर पर फिल्म नकाब को ठीक करें। 650 MJ / 2 सेमी पर 43 s के लिए पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश को बेनकाब photoresist जमना।
    8. 65 डिग्री सेल्सियस, 95 डिग्री सेल्सियस पर 15 मिनट के लिए, और 65 डिग्री सेल्सियस (पोस्ट-एक्सपोजर पाक) पर 5 मिनट में 5 मिनट के लिए गर्म थाली पर वेफर रखें।
    9. 30 मिनट के लिए photoresist डेवलपर में वेफर विसर्जित unsolidified photoresist हटाने के लिए।
    10. Isopropyl शराब (आईपीए) और साथ एन 2 गैस सूखी साथ वेफर कुल्ला शेष आईपीए दूर करने के लिए।
  2. PDMS microchannel का विनिर्माण
    1. वेफर और एक वायुमंडलीय प्लाज्मा मशीन 25 का उपयोग कर डब्ल्यू 200 का एक बिजली पर 1 मिनट के लिए photoresist मोल्ड की सतह इलाज; CH 4 की गैस प्रवाह और वह 6 और 30 sccm क्रमश होना चाहिए। इस हाइड्रोफोबिक उपचार आसानी से polyd अलग करने को पूरा करेंimethylsiloxane (PDMS) वेफर और photoresist मोल्ड (चित्रा 1c) की सतह से सूक्ष्म चैनल।
    2. PDMS आधार मिश्रण और 10 के अनुपात में एजेंट के इलाज के द्वारा PDMS समाधान तैयार: 1। 2 मिनट के लिए मिश्रण हलचल।
    3. एक पेट्री डिश के अंदर वेफर (150 मिमी x 15 मिमी) रखें और PDMS समाधान के 100 एमएल जोड़ें। बुलबुले एक desiccator का उपयोग सरगर्मी से बनाए गए निकालें।
    4. 80 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे के लिए ओवन में पेट्री डिश रखें PDMS समाधान (चित्रा 1 दिन और ज) जमना।
    5. एक रेजर ब्लेड के साथ PDMS microchannel की रूपरेखा के साथ कट और वेफर से अलग; गढ़े PDMS microchannel निम्नलिखित आयामों होना चाहिए: 13 म लोंग, 300 सुक्ष्ममापी चौड़ा और 150 सुक्ष्ममापी उच्च (आंकड़े 1e, एफ, और मैं)।
      नोट: छेद के दो प्रकार एकल मोड फाइबर (SMF) केबल और ट्यूब डालने के लिए एक micropuncture द्वारा उत्पादित कर रहे हैं (एक इनलेटnd PDMS microchannel (चित्रा 1g पर आउटलेट))। SMF केबल nanohole सोने की थाली पर मिल्ड लिए लेजर बीम का उत्सर्जन किया जाता है। ट्यूब डालने / PDMS microchannel से / कण समाधान निकालने के लिए प्रयोग किया जाता है।
    6. PDMS microchannel के हर कोने पर 1.5 मिमी इनलेट और आउटलेट छेद पंचर। PDMS microchannel के केंद्र में एक 0.3-मिमी SMF केबल छेद पंचर।

2. गोल्ड प्लेट की एचिंग की प्रक्रिया

  1. 25 x 6.25 मिमी 2 (चित्रा 2 ए) के आयामों के साथ एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सोने की थाली तैयार करें।
  2. निम्नलिखित सफाई प्रक्रियाओं के साथ सोने के प्लेटों पर किसी भी विदेशी तत्वों को निकाल दें। 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन, मेथनॉल, और डि पानी में विसर्जित करके निम्न क्रम में स्वच्छ।
  3. 10 एस के लिए सोने की थाली कुल्ला डि पानी के साथ 3 बार और शेष डि पानी को निकालने के लिए साथ एन 2 गैस थाली सूखी।
  4. के लिए एक गर्म थाली पर सोने के प्लेटों में जगह180 डिग्री सेल्सियस पर 20 मिनट के लिए पूरी तरह से किसी भी शेष नमी हटाने के लिए।
  5. 3000 rpm पर सोने की थाली और 40 s के लिए स्पिन कोट पर hexamethyldisilazane (HMDS) के 0.5 एमएल डालो।
  6. 3000 rpm पर 40 s के लिए स्पिन में लिपटे HMDS के शीर्ष और स्पिन कोट पर सकारात्मक photoresist के 0.5 एमएल डालो (चित्रा 2b)।
  7. 110 डिग्री सेल्सियस (नरम पाक) पर 90 s के लिए गर्म थाली पर photoresist लेपित सोने के प्लेटों में रखें।
  8. कांच वेफर पर फिल्म नकाब को ठीक करें और सब्सट्रेट मंच पर मुलायम बेक्ड सोने के प्लेटों में जगह। 64 MJ / 2 सेमी पर 4.5 रों के लिए यूवी प्रकाश को बेनकाब photoresist भंग करने के लिए।
  9. Photoresist डेवलपर में सोने के प्लेटों में विसर्जित कर 1 मिनट भंग photoresist (चित्रा 2c) को दूर करने के लिए। डि पानी के साथ सोने के प्लेटों कुल्ला और साथ एन 2 गैस सूखी।
  10. 28 ए / एस एक नक़्क़ाशी दर उजागर Au (चित्रा 2 डी) को हटाने के लिए 45 s के लिए Au एचेंट में सोने के प्लेटों में डुबो दें। डि wate के साथ सोने के प्लेटों कुल्लाआर और साथ एन 2 गैस सूखी।
  11. 25 ए / एस के एक नक़्क़ाशी दर उजागर ती (चित्रा 2 ई) को हटाने के लिए 5 एस के लिए ती एचेंट में सोने के प्लेटों में डुबो दें। डि पानी के साथ सोने के प्लेटों कुल्ला और साथ एन 2 गैस सूखी।
  12. 3 मिनट प्रत्येक (चित्रा 2f) के लिए एसीटोन, मेथनॉल, और डि पानी में विसर्जित करके सोने की थाली पर शेष photoresist निकालें; लिखित आदेश में थाली विसर्जित।
  13. 10 एस के लिए सोने की थाली कुल्ला डि पानी के साथ 3 बार। डि पानी को निकालने के लिए साथ एन 2 गैस सूखी।
  14. 120 डिग्री सेल्सियस पर 3 मिनट के लिए गर्म थाली पर सोने के प्लेटों में जगह पूरी तरह से नमी को दूर करने के लिए; उत्पादित सोने ब्लॉक 400 x 150 सुक्ष्ममापी 2 (चित्रा 2 एच) होना चाहिए।
  15. मिल एक 400 एनएम nanohole सोने ब्लॉक कि नक़्क़ाशी (आंकड़े 2 जी और मैं) के बाद गढ़े गया था के केंद्र में एक केंद्रित आयन बीम (FIB) का उपयोग करते हुए। एक 370 एनएम चक्र पैटर्न बनाएं सोने बीएल पर ध्यान केंद्रित करनेएक आयन 3 रों के लिए 28 पीए पर 30 केवी की वोल्टेज में तेजी के साथ ock।

3. माइक्रोचिप की सभा

  1. हे 2 प्लाज्मा के साथ 1 मिनट के लिए PDMS microchannel और सोने की थाली की दो सतहों के इलाज के 80 वॉट की शक्ति और 825 mTorr 25 के एक दबाव पर एक प्लाज्मा प्रणाली के साथ उन्हें एक साथ संलग्न करने के लिए।
    नोट: यह उन्हें परिशुद्धता के साथ संलग्न करने के लिए है क्योंकि सोने के ब्लॉक और PDMS microchannel माइक्रोमीटर स्तर पर कर रहे हैं विशेष रूप से मुश्किल है। इसलिए, एक कैमरा और एक मैनुअल चरण के साथ एक एलाइनर का उपयोग करें।
  2. कांच वेफर कि एलाइनर (चित्रा 3 ए) का मुखौटा धारक को फिल्म मुखौटा संलग्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है को ठीक करें।
  3. कांच वेफर को हे 2 -plasma इलाज PDMS microchannel संलग्न; क्योंकि PDMS हाइड्रोफिलिक है, यह आसानी से किसी भी आसंजन समाधान के बिना कांच वेफर को शामिल करेगा। एलाइनर (चित्रा 3 ए) के सब्सट्रेट मंच पर सोने के प्लेटों को ठीक करें।
  4. वें के केन्द्रों का पता लगाएँई SMF केबल छेद और सोने ब्लॉक है, जो एक ही धुरी पर गठबंधन कर रहे हैं, एलाइनर पर कैमरे का उपयोग कर। दो भागों (आंकड़े 3 बी और सी) गठबंधन करने के लिए मैनुअल चरण लिफ्ट।

4. PDMS कोटिंग द्वारा माइक्रोचिप साइड सतह खुरदरापन में सुधार

नोट: 400 x 150 सुक्ष्ममापी 2 की तय आयामों के साथ सोने के प्लेटों में PDMS सामग्री से बाहर कटौती करने के लिए अपेक्षाकृत अधिक कठिन है। इसलिए, वेफर से PDMS microchannel अलग करने, एक रेजर ब्लेड सोने के प्लेटों तुलना में एक बड़ा टुकड़ा काट करने के लिए प्रयोग किया जाता है। दो भागों के संयोजन के बाद, सोने के प्लेटों के लिए PDMS रिश्तेदार से अधिक भागों तो इतना है कि चैनल के अंदर एक खुर्दबीन (चित्रा 4 ए) का उपयोग कर की ओर से देखा जा सकता है कटौती किया जाना चाहिए। हालांकि, कटी हुई सतह है, जो एक विंडो के रूप में प्रयोग किया जाता है, एक उच्च सतह खुरदरापन है और इसके परिणामस्वरूप कणों कि चैनल में प्रवाह के बादल छाए हुए हैं छवियों (चित्रा का उत्पादन4 बी)। PDMS समाधान के साथ कोटिंग इस समस्या को हल करने के लिए फिर से किया जाता है।

  1. एक 10 पर PDMS आधार मिश्रण और एजेंट के इलाज के द्वारा PDMS समाधान तैयार: 1 अनुपात और 2 मिनट के लिए हलचल।
  2. पेट्री डिश में PDMS समाधान के 2 एमएल डालो और 1000 आरपीएम (चित्रा 4 सी) पर 30 s के लिए स्पिन कोटिंग प्रदर्शन करते हैं।
  3. माइक्रोचिप सतह कि पेट्री डिश (चित्रा 4d) पर खुर्दबीन पर स्थित होने जा रही है रखें। 80 डिग्री सेल्सियस पर 1 घंटे के लिए ओवन में पेट्री डिश रखें PDMS समाधान जमना।
  4. (आंकड़े 4e, च) माइक्रोचिप और एक रेजर ब्लेड का उपयोग कर PDMS की सीमा कट और यह बाद में पेट्री डिश से अलग।

5. लेजर युग्मन माइक्रोचिप SMF में केबल सम्मिलित करें

नोट: plasmonic चिमटी प्रणाली के लिए, एक 1,064 एनएम तरंगदैर्ध्य के साथ एक ऑप्टिकल फाइबर घटना लेजर प्रयोग किया जाता है। SMF केबल क्योंकि inci का व्यास प्रयोग किया जाता हैगड्ढा लेजर (5 मिमी) nanohole माइक्रोचिप में सोने ब्लॉक (400 x 150 सुक्ष्ममापी 2) पर मिल्ड पर लेजर बीम का उत्सर्जन करने के लिए बहुत विशाल है। SMF केबल के आवरण व्यास 125 सुक्ष्ममापी है। इस प्रकार, इस घटना लेजर और SMF केबल युग्मित किया जाना चाहिए।

  1. खुर्दबीन उद्देश्य के लिए एक 40x उद्देश्य लेंस SMF युग्मक पर माउंट कनेक्ट करें। SMF युग्मक के फाइबर क्लैंप पर SMF केबल को ठीक करें। घटना लेजर बीम संरेखित ऑब्जेक्टिव लेंस के पीछे एपर्चर में भरने के लिए।
  2. तीन अक्ष मैनुअल SMF युग्मक पर सुसज्जित मंच का समायोजन करके SMF केबल की कोर करने के लिए लेजर बीम ध्यान दें।
  3. माइक्रोचिप का SMF केबल छेद में SMF केबल के विपरीत छोर डालें। लेजर शक्ति फाइबर केबल के किनारे पर प्रविष्टि से पहले उपाय, क्योंकि माइक्रोचिप पर निश्चित फाइबर केबल अलग नहीं किया जा सकता।
  4. SMF टैक्सी के बीच की खाई से बह कण समाधान के रिसाव को ब्लॉक करने के epoxy गोंद का उपयोग कर SMF केबल छेद सीलle छेद (300 सुक्ष्ममापी) और SMF केबल (125 सुक्ष्ममापी) के आवरण; डाला फाइबर केबल के अंत द्रव प्रवाह से बचने के लिए सूक्ष्म चैनल प्रवेश नहीं करना चाहिए। मैन्युअल रूप से दृश्य प्रतिक्रिया का उपयोग कर इतना है कि यह सोना ब्लॉक कि nanohole होस्ट करता है करने के लिए खड़ा है फाइबर केबल संरेखित करें।

6. माइक्रोचिप में एकल के Plasmonic फँसाने फ्लोरोसेंट Polystyrene कण

  1. सिरिंज, जो कण समाधान के साथ एक सिरिंज micropump को भर जाता है, संलग्न करें। फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोप का नमूना मंच पर कवर गिलास रखें। माइक्रोचिप का इनलेट / आउटलेट छेद करने के लिए ट्यूब कनेक्ट करें। कवर कांच के शीर्ष पर PDMS में लिपटे माइक्रोचिप सतह रखें।
  2. कैमरा फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोप पर स्थापित के साथ चैनल के अंदर देख कर 60X पानी विसर्जन ऑब्जेक्टिव लेंस को orthogonally माइक्रोचिप स्थित करें। पारदर्शी टेप का उपयोग जगह में माइक्रोचिप ठीक करने के लिए। सिरिंज ne साथ माइक्रोचिप का इनलेट ट्यूब कनेक्ट करेंedle।
  3. 20 सुक्ष्ममापी / s पर micropump नियंत्रित करने के द्वारा माइक्रोचिप के लिए कण समाधान डालें। इस समय, इस बात की पुष्टि है कि फ्लोरोसेंट कण चैनल में अच्छी तरह से देखा जा सकता है जब फ्लोरोसेंट लैम्प चालू है।
  4. जब तक कण समाधान माइक्रोचिप का आउटलेट से बाहर निकल जाता है रुको। करने के लिए 3.4 सुक्ष्ममापी / गति सेट करें।
  5. लेजर स्रोत डिवाइस बारी इतना है कि यह nanohole में लेजर का उत्सर्जन करता है; फ्लोरोसेंट कण nanohole के रिम पर फंस जाएगी।
  6. फंस कण पलायन जब तक micropump को नियंत्रित करके 0.4 सुक्ष्ममापी / एस की वृद्धि के साथ द्रव गति रैंप। द्रव गति को मापने जब फंस कणों भाग जाते हैं। प्रत्येक लेजर तीव्रता इस मापा द्रव गति उपयोग करने के लिए अधिक से अधिक फँसाने बल प्राप्त करें।

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Representative Results

PDMS microchannel और nanohole सोने के प्लेटों के निर्माण की प्रक्रिया आंकड़े 1 और 2 में दिखाया गया है। विधि दो भागों गठबंधन करने के लिए और वास्तविक माइक्रोचिप 3 चित्र में दिखाया गया है। PDMS माइक्रोचिप की तरफ से चैनल के अंदर प्रकट करने के लिए काट दिया गया। हालांकि, यह कणों काटने विमान की सतह खुरदरापन की वजह से चैनल में बह निरीक्षण करने के लिए मुश्किल था। इसलिए, हम PDMS कोटिंग पद्धति शुरू के रूप में चित्रा 4 में दिखाया गया इस समस्या को हल करने के लिए,।

हम 5-सुक्ष्ममापी मनाया, माइक्रोचिप में polystyrene कणों बह PDMS कोटिंग के प्रभाव की पुष्टि करने के। चित्रा 5 वास्तविक गढ़े माइक्रोचिप और कणों माइक्रोचिप माइक्रोस्कोप का उपयोग कर में मनाया को दर्शाता है। चित्रा 5 ए और सी से पहले और appeara के बाद कर रहे हैंमाइक्रोचिप का NCES। चित्रा 5 ब और घ प्रत्येक का बढ़ाया सतहों कर रहे हैं। चित्रा 5F से पता चलता है, जबकि कि कणों के किनारों विशेष रूप से स्पष्ट हैं और कि आंदोलनों नजर रखी जा सकती चित्रा 5e, बह धुंधला कणों को दर्शाता है। जैसा कि ऊपर, माइक्रोचिप सतह के PDMS कोटिंग फंस कणों की निगरानी के लिए आवश्यक है।

चित्रा 6 100 एनएम polystyrene कण plasmonic चिमटी प्रणाली द्वारा plasmonic ऑप्टिकल फँसाने के दौर से गुजर पता चलता है। एक 0.14 संख्यात्मक एपर्चर (एनए) के साथ एक SMF केबल इस्तेमाल किया गया था। एक ट्यूब माइक्रोचिप चैनल के इनलेट / आउटलेट छेद में डाला गया था। एक micropump डालें और 100 एनएम फ्लोरोसेंट polystyrene कण समाधान इकट्ठा करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। Plasmonic घटना में फंस कण के इंटीरियर उपस्थिति पर जोर देना, चित्रा 6a की डॉटेड भागों एक इनसेट के रूप में बढ़े हुए किया गया है,

चित्रा लगातार 7 छवियों जहां एक 100 एनएम फ्लोरोसेंट polystyrene कण कि सूक्ष्म चैनल में प्रवाहित होती फंस गया था और 0.42 मेगावाट / सुक्ष्ममापी 2 की तीव्रता पर nanohole पर जारी दर्शाता है। कण, तरल पदार्थ दिशा में 3.4 सुक्ष्ममापी / s की एक स्थिर गति से प्रवाहित होती जैसा कि चित्र में दिखाया गया है 7a। बाद लेजर चालू किया गया था, कण में से एक nanohole में फंस गया था, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है 7b। इसके विपरीत, एक और कण के रूप में चित्रा 7c में दिखाया गया है, धारा में प्रवाहित होती। फिर, प्रवाह की गति तक फंस कण बच गए बढ़ा दिया गया था। चित्रा 7 दिन पा चलताrticle जाल से बचने। इस समय, हम द्रव वेग को मापने जब कण भाग निकले द्वारा प्रत्यक्ष अवलोकन के साथ फँसाने बल अनुमान कर सकते हैं। हम यह भी विपरीत दिशा में काम किया। द्रव वेग में वृद्धि के बजाय, हम धीरे-धीरे 1 मेगावाट की decrements में लेजर शक्ति की कमी हुई और तीव्रता दर्ज की गई जब कण भाग निकले। इस लेजर तीव्रता न्यूनतम फँसाने लेजर तीव्रता के रूप में परिभाषित किया गया है और 0.24 मेगावाट / सुक्ष्ममापी 2 होने के लिए मापा गया था।

आकृति 1
चित्र 1 PDMS microchannel के निर्माण। (क) सी वेफर तैयार करना। (ख) वेफर के Photoresist स्पिन कोटिंग। (ग) फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया द्वारा गढ़े microchannel ढालना। (घ) वेफर पर PDMS समाधान डालने के बाद एक ओवन का उपयोग कर PDMS solidification। (ङ) सूक्ष्म चैनल काटने PDMS। (च) वेफर से PDMS microchannel टुकड़ी। (छ) इनलेट / आउटलेट और SMF केबल छेद PDMS microchannel पर पंक्चर। (ज) वास्तविक वेफर पर PDMS जम। (I) वास्तविक अलग PDMS microchannel। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्र 2. एचिंग की प्रक्रिया के बाद सोने की थाली पर nanohole का निर्माण। (क) कांच पर Au और ती का जमाव। सोने के प्लेटों की (ख) Photoresist स्पिन कोटिंग। यूवी प्रकाश जोखिम के बाद (ग) घुलित photoresist हटाने। (घ) Au नक़्क़ाशी। (ई) ती नक़्क़ाशी। (च) photoresist फिर शेष moval। (छ) सोने खंड पर एक केंद्रित आयन बीम से Nanohole मिलिंग। (ज) वास्तविक गढ़े सोने ब्लॉक। (I) सोने खंड पर वास्तविक मिल्ड nanohole। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. माइक्रोचिप का विधानसभा प्रक्रिया। (क) PDMS microchannel और मुखौटा धारक और सब्सट्रेट मंच पर सोने के प्लेटों को ठीक करें, क्रमशः, एलाइनर पर सुसज्जित है। (ख) PDMS microchannel हिस्सा है और हे 2 प्लाज्मा के साथ सतह के उपचार के बाद सोने के प्लेटों का संयोजन। (ग, घ) संयोजन के बाद एसेंबल किया माइक्रोचिप। (ई) PDMS microchannel की अतिरिक्त राशि को हटाया।ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg "target =" _ blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्र 4. PDMS कोटिंग द्वारा सतह खुरदरापन सुधार की प्रक्रिया। (क) दो भागों के संयोजन के बाद एक रेजर ब्लेड का उपयोग कर अतिरिक्त राशि को निकाल दें। (ख) काटने के बाद माइक्रोचिप की उच्च सतह खुरदरापन। एक पेट्री डिश में (ग) PDMS समाधान स्पिन कोटिंग। (घ) स्पिन में लिपटे PDMS समाधान में माइक्रोचिप की खिड़की सतह की सूई। (ई) PDMS लेपित पेट्री डिश से माइक्रोचिप टुकड़ी। (च) PDMS कोटिंग द्वारा सतह खुरदरापन में सुधार। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


चित्रा 5. से पहले और PDMS कोटिंग के बाद सूक्ष्म चैनल में माइक्रोचिप और 5 सुक्ष्ममापी polystyrene कणों का अवलोकन एसेंबल किया। PDMS कोटिंग और आवर्धित दृश्य से पहले (ए, बी) माइक्रोचिप। (सी, डी) PDMS कोटिंग और आवर्धित दृश्य के बाद माइक्रोचिप। (ई, एफ) से पहले और PDMS कोटिंग के बाद सूक्ष्म चैनल में कणों का अवलोकन। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्र 6. बनाया plasmonic चिमटी प्रणाली। (क) plasmonic चिमटी प्रणाली के योजनाबद्ध। (ख यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7. फँसाने और सूक्ष्म चैनल में 100 एनएम फ्लोरोसेंट polystyrene कण की रिहा। (क) एक कण धारा में बहने के साथ सूक्ष्म चैनल। (ख, ग) nanohole में फंस कण एक और कण की तुलना में। (घ) कण कि जाल से बढ़ाकर द्रव बल के कारण भाग निकले। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

SMF केबल, माइक्रोचिप पर SMF केबल छेद में डाला गया था जैसा कि चित्र 6a के आयताकार डॉट में दिखाया गया है। क्योंकि SMF केबल छेद केबल व्यास से बड़ा है, epoxy गोंद बह कण समाधान के रिसाव को ब्लॉक करने की खाई को सील करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। epoxy गोंद के आवेदन करने से पहले, सोने ब्लॉक और केबल बढ़त coaxially एक खुर्दबीन का उपयोग कर हाथ से गठबंधन किया जाना चाहिए। हालांकि यह डाला केबल बढ़त और nanohole के लिए आदर्श coaxially गठबंधन किया जाना है, एक मामूली मिसलिग्न्मेंट क्योंकि लेजर बीम एक बार यह 0.14 एनए SMF केबल बढ़त के अंत से उत्सर्जित होता है diverges सहन किया जा सकता है, और बीम एक बहुत बड़ा प्रभावित करता है क्षेत्र। क्योंकि माइक्रोचिप खुर्दबीन के ऑप्टिकल अक्ष के लम्बवत होने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया था, हम सीधे nanohole के स्थान का निरीक्षण नहीं कर सका। nanohole के स्थान केवल परोक्ष रूप से nanohole पर plasmonically फंस कण के स्थान को देख कर निर्धारित किया जा सकता। एसमाधान फाइबर केबल पर एक कैमरा स्थापित करने और इसे का उपयोग सोने ब्लॉक की निगरानी के लिए द्वारा प्रदान की जा सकती है।

माइक्रोचिप का विशिष्ट गुण वास्तविक समय में plasmonic nanohole पास कण गति की निगरानी करने की क्षमता है। कण की गति नीचे वर्णित परिदृश्य इस प्रकार है। तरल पदार्थ के कणों धाराओं जब आगे, कुछ कणों सोने ब्लॉक की ओर ले जाते हैं। कुछ मामलों में, एक कण nanohole के आकर्षण की वजह से विशेष रूप से nanohole के रिम के करीब हो जाता है और अंत में स्थिर हो जाता है। इस समय, ऑप्टिकल बल लगाया गया पर कण तरल पदार्थ बल से अधिक है। बाद में, स्थिर कण nanohole रिम जब द्रव वेग बढ़ जाती है से भाग जाती है; इस प्रकार, द्रव बल ऑप्टिकल बल की तुलना में मजबूत हो जाता है। अधिक से अधिक फँसाने बल इस टर्मिनल द्रव वेग से मापा जा सकता है। हालांकि, पारंपरिक खींचें बल समीकरण क्योंकि कण जी के साथ शारीरिक संपर्क में है नहीं किया जा सकताnanohole पर वर्ष दीवार। सोने दीवार की सतह प्रभाव पर विचार करने के लिए, हम परिमित तत्व विधि है, जो सतह के पास प्रवाही गति पर विचार करता है इस्तेमाल किया, और तरल पदार्थ बल प्राप्त की।

हम एक नए plasmonic चिमटी सेटअप है कि लेजर बीम अक्ष के साथ कण गतिशीलता की निगरानी में सक्षम बनाता है शुरू की है। इसके विपरीत, पिछले अध्ययनों केवल इस तरह के nanoblock 12, nanodisk 13, 14, 19, 21, 20 nanostick, और nanopyramid 18 के साथ के रूप में लेजर बीम अक्ष, करने के लिए खड़ा विमान में कण आंदोलन शुरू की है। इसके अलावा, nanohole प्रकार के मामले में, फँसाने केवल, और दृश्य निगरानी 10, 11 से नहीं, 23 बिखरने संकेत की निगरानी के द्वारा देखा जा सकता है। तथापि,हम ठीक क्योंकि वर्तमान इमेजिंग तकनीक की सीमित क्षमताओं के कण स्थिति को मापने नहीं कर सका। इमेजिंग गुणवत्ता आगे सटीक अव्यवस्था माप पुष्टि करने के लिए सुधार किया जाना चाहिए। इस तकनीक लक्षण वर्णन और एक अणु की biosensing में लागू किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम के आईसीटी अनुसंधान एवं MSIP / IITP (R0190-15-2040, एक सामग्री विन्यास प्रबंधन प्रणाली का विकास और स्मार्ट सामग्री का उपयोग कर 3 डी मुद्रण के लिए एक सिम्युलेटर) की विकास कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया।

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

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References

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इंजीनियरिंग अंक 122 plasmonics plasmonic चिमटी ऑप्टिकल फँसाने ऑप्टिकल बलों microfluidics nanohole नैनोकणों के स्थिरीकरण
Plasmonic फँसाने और नैनोकणों के रिलीज एक निगरानी पर्यावरण में
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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).

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