Name: Fabricación y operación de una banda transportadora nano-óptica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-08-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 10 s
Description: Aprende a fabricar y operar una banda transportadora nano-óptica para manipular partículas dieléctricas submicrónicas mediante resonadores plasmónicos. Este método mejora la precisión y escalabilidad de la manipulación óptica convencional.

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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).

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<li>Hansen, P., Zheng, Y., Ryan, J., Hesselink, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-Optical+Conveyor+Belt%2C+Part+I%3A+Theory%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-Optical Conveyor Belt, Part I: Theory.</a> Nano Lett. 14, 2965-2970 (2014).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-Optical+Conveyor+Belt%2C+Part+II%3A+Demonstration+of+Handoff+Between+Near-Field+Optical+Traps%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-Optical Conveyor Belt, Part II: Demonstration of Handoff Between Near-Field Optical Traps.</a> Nano Lett. 14, 2971-2976 (2014).</li>
<li>Vogel, N., Zieleniecki, J., Koper, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((As+flat+as+it+gets%3A+Ultrasmooth+Surfaces+from+Template-stripping+Procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">As flat as it gets: Ultrasmooth Surfaces from Template-stripping Procedures.</a> Nanoscale. 4 (13), 3820-3832 (2012).</li>
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Los autores no tienen nada que revelar.

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 ...

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 productos y técnicas prácticamente beneficiosos. A su vez, esta tendencia impulsa la necesidad de nuevas técnicas para manipular partículas más pequeñas y rudimentarias. Además, hay un empuje para construir dispositivos &quot;lab-on-a-chip &#39;para llevar a cabo estas funciones de forma más barata y en un paquete más pequeño para traer pruebas químicas y biológicas dellaboratorio y en el campo para médicos y otros fines 13,14. Desafortunadamente, atrapamiento óptico convencional (COT) no puede satisfacer todas las demandas crecientes de la nanotecnología. COT opera sobre el mecanismo de utilizar una alta apertura numérica (NA) de lente de objetivo para llevar la luz láser a un foco apretado, creando un pico localizado en intensidad óptica y los altos gradientes en la energía del campo electromagnético. Estos gradientes de densidad de energía ejercen una fuerza neta sobre las partículas de dispersión de luz que en general los lleva hacia el centro del foco. Atrapando partículas más pequeñas requiere mayor potencia óptica o un enfoque más ajustado. Sin embargo, los rayos de luz enfocado obedecen el principio de difracción, lo que limita el tamaño mínimo del punto focal y coloca un límite superior en el gradiente de densidad de energía. Esto tiene dos consecuencias inmediatas: COT no pueden atrapar pequeños objetos de manera eficiente, y COT tiene problemas para discriminar entre partículas muy próximas entre sí, una resolución de capturalimitación conoce como el problema de los &quot;dedos gordos. Además, la aplicación de captura de partículas múltiples con COT requiere que los sistemas de la óptica de dirección del haz o moduladores espaciales de luz, componentes que aumentan drásticamente el costo y la complejidad de un sistema de captura óptica. Una forma de sortear las limitaciones fundamentales de los haces enfocados convencionales de luz, dijo para propagar en el campo lejano, es en lugar de explotar los gradientes de energía electromagnética óptico en el campo cercano. El campo cercano decae exponencialmente alejado de fuentes de campos electromagnéticos, lo que significa que no sólo es muy localizada a estas fuentes, pero también exhibe muy altos gradientes en su densidad de energía. Los cerca de campos de resonadores nano-metálicos, tales como aberturas bowtie, pilares nano, y grabados en forma de C, se ha demostrado que presentan concentraciones extraordinarias de energía electromagnética, reforzada por la acción plasmónica de oro y plata en casi infrlongitudes de onda ARED y ópticas. Estos resonadores se han utilizado para atrapar partículas extremadamente pequeñas con alta eficiencia y resolución de 15-22 de. Si bien esta técnica ha demostrado ser eficaz para atrapar las partículas pequeñas, también ha demostrado ser limitado en su capacidad de transportar partículas sobre el rango apreciable, lo cual es necesario si los sistemas de campo cercano son para interconectar con sistemas de campo lejano o microfluídica. Recientemente, nuestro grupo ha propuesto una solución a este problema. Cuando resonadores se colocan muy juntos, una partícula puede migrar, en principio, de una trampa óptica de campo cercano a la siguiente sin ser liberado de la superficie. La dirección de transporte se puede determinar si las trampas adyacentes se pueden activar y desactivar por separado. Una disposición lineal de tres o más resonadores direccionables, en el que cada resonador es sensible a una polarización o longitud de onda de luz diferente de la de sus vecinos, funciona como una cinta transportadora óptico, el transporte de nanopartiCiclos de más de una distancia de varias micras en un chip. El llamado &#39;nano-óptica Cinta transportadora&#39; (NOCB) es único entre los esquemas de captura resonador plasmónicas, ya que no sólo puede contener partículas en el lugar, pero también puede moverlos a alta velocidad a lo largo de pistas estampadas, recoger o dispersar partículas, mezclar y hacer cola, e incluso ordenarlos por propiedades tales como su movilidad 23. Todas estas funciones se controlan mediante la modulación de la polarización o longitud de onda de la iluminación, sin necesidad de óptica de dirección del haz. Como una trampa óptica de campo cercano, la NOCB atrapando resolución es mayor que la de trampas ópticas enfocada de haz convencionales, por lo que puede diferenciar entre partículas en las proximidades; porque utiliza una nanoestructura de metal para concentrar la luz en un atrapando así, es de bajo consumo, y no requiere de componentes ópticos caros, como un alto objetivo NA. Además, muchos NOCBs pueden funcionar en paralelo, a alta den embalajesidad, en el mismo sustrato, y 1 W de potencia puede pasar por encima de las aberturas 23 1200. Hemos demostrado recientemente la primera NOCB polarización impulsada, sin problemas propulsar una nanopartícula de ida y vuelta a lo largo de una pista 24 4.5 micras. En este artículo se presentan los pasos necesarios para diseñar y fabricar el dispositivo, ópticamente activarlo y reproducimos el experimento transporte. Esperamos que lo que esta técnica más ampliamente disponibles ayudará a cerrar la brecha de tamaño entre la óptica de microfluidos, campo lejano y dispositivos a nanoescala y experimentos.

<table><tbody><tr><td>Resistencia al haz de electrones HSQ</td><td>Dow Corning</td><td>XR-1541-006</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>MicroChem</td><td>950A2 M230002</td><td></td></tr><tr><td>Adhesivo óptico de curado rápido</td><td>Norland Adhesivo óptico</td><td>NOA 81</td><td></td></tr><tr><td>Microesferas fluorescentes de carboxilo</td><td>Bangs Laboratories</td><td>FC02F, FC03F</td><td></td></tr><tr><td>Microesferas fluorescentes modificadas con carboxilato</td><td>Sondas moleculares</td><td>F-8888</td><td></td></tr><tr><td>Portaobjetos de cuarzo</td><td>SPI Supplies</td><td>1020-AB</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio fluorescente invertido</td><td>Nikon</td><td>ECLIPSE TE2000-U</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG láser</td><td>Lightwave Electronics</td><td>221-HD-V04</td><td></td></tr><tr><td>Cámara SCMOS PCO</td><td></td> CÁMARA CCD <td>EDGE55</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Watec</td><td>WAT-120N</td><td></td></tr><tr><td>Placa de media onda de orden cero</td><td>Thorlabs</td><td>WPH05M-1064</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>Agua destilada</td><td>Invitrogen</td><td>10977-023</td><td></td></tr><tr><td>Oblea de</td><td>Si Silicio Quest International</td><td>708069</td><td></td></tr><tr><td>Lentes ópticas</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabricación y operación de una banda transportadora nano-óptica

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

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.

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 ...

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.

Fabricación y operación de una banda transportadora nano-óptica

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

El objetivo general del siguiente experimento consiste en transportar partículas dieléctricas submicrónicas utilizando el campo cercano óptico de una matriz lineal de resonadores plasmónicos direccionables, también conocida como cinta transportadora nanoóptica. Esto se logra primero diseñando la cinta transportadora mediante software para garantizar un transporte exitoso a lo largo de la trayectoria deseada. Como segundo paso, se fabrica la cinta transportadora mediante un proceso de litografía por haz de electrones y una técnica de separación de plantilla.A continuación, atrape una muestra en el extremo de la cinta transportadora utilizando un láser y gire una placa de media onda en la trayectoria del haz para inducir el transporte de la partícula. Los resultados muestran un transporte lineal a través del ancho del haz láser basado en la rotación del ángulo de polarización, y no en un cambio del perfil de intensidad del haz de ninguna manera. La ventaja principal de esta técnica frente a las pinzas ópticas convencionales es que el comportamiento de transporte y la resolución dependen de estructuras fabricadas mediante litografía y no de la dirección del haz.Esta técnica puede apli

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Investigación

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Ingeniería

-Laser femtosegundo directa-escritura se utiliza con frecuencia para crear en tres dimensiones (3D) en los patrones de polímeros y cristales. Sin embargo, los metales de modelado en 3D sigue siendo un desafío. Se describe un método para la fabricación de nanoestructuras de plata embebidas dentro de una matriz polimérica usando un láser de femtosegundo centrada a 800 nm.

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Una técnica de interferómetro de referencia, que está diseñado para eliminar el ruido de fluctuación de fase láser indeseable para nanodetection, se utiliza para sondear un factor microcavidad de ultra-alta calidad. Instrucciones para el ensamblaje, la instalación y adquisición de datos se proporcionan, junto con el proceso de medida para especificar el factor de calidad de la cavidad.

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Recientemente se han demostrado experimentalmente excitaciones optomecánicas paramétricas en resonadores optomecánicos microfluídicos mediante presión de radiación óptica y dispersión de Brillouin estimulada. Este artículo describe la fabricación de estos resonadores microfluídicos junto con metodologías para generar y verificar oscilaciones optomecánicas.

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Aquí, presentamos un protocolo para la fabricación de placas nanopattern gradiente vía térmica nanoimprinting y el método de proyección de las respuestas de las células progenitoras endoteliales humanas a las nanoestructuras. Usando la tecnología descrita, es posible producir un andamio que puede manipular el comportamiento de la célula por los estímulos físicos.

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Aprende a fabricar y operar una banda transportadora nano-óptica para manipular partículas dieléctricas submicrónicas mediante resonadores plasmónicos. Este método mejora la precisión y escalabilidad de la manipulación óptica convencional.

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