Name: Le piégeage optique de nanoparticules (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 39 s
Description: Découvrez le piégeage optique de nanoparticules diélectriques d'environ 20 nm à l'aide d'une double nanohole dans un film métallique. Cette méthode permet d'étudier les processus biophysiques avec des intensités laser faibles.

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Nous reconnaissons Thorlabs pour le parrainage de cette publication et le financement de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) du Canada subvention à la découverte. Nous remercions Bryce Cyr et Douglas Rennehan pour aide à la production dans la fabrication de cet article vidéo.

Le principe de la technique de piégeage SIBA est illustré à la figure 1. Figure 2 est une vue schématique du dispositif expérimental. 1. Configuration piégeage optique Pour cette partie de la procédure, reportez-vous au kit de piégeage optique manuel 9 ou le module de mesure optique vigueur manuel 10 pour plus de détails sur la configuration des kits. Notez qu&#39;une photodiode à avalanche (APD) est utilisé à la place d&#39;un détecteur de position quadrant. Pour les vis non inclus dans le kit de piégeage optique, utilisez-les dans le bouchon à vis et un kit de matériel (Thorlabs, HW-KIT2). Protection des yeux devrait être porté en tout temps lorsque le laser est activé. Assurez-vous que le faisceau est contenu dans une zone sûre et accessoires réfléchissants, tels que des bijoux, devrait être évitée. En outre, la protection de décharge électrostatique est recommandé lors de la manipulation des diodes laser. <ol><li> Mettre en place le kit de pince optique (Thorlabs, OTKB / M) et le mesu vigueurModule urement (Thorlabs, OTKBFM) selon leurs manuels respectifs. Une photodiode à avalanche à base de silicium (APD) (Thorlabs, APD110A) est utilisé à la place de la force de mesure du module (Thorlabs, OTKBFM) détecteur de position quadrant. </li><li> Connectez l&#39;APD à un oscilloscope (Tektronics, TDS1012) via un câble coaxial. </li><li> Ajouter une lame demi-onde (Thorlabs, AHWP05M-980) à l&#39;intérieur de l&#39;expanseur de faisceau. La lame demi-onde est fixée entre deux tubes de lentille (Thorlabs, SM1L03). </li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> Couper une lame d&#39;essai revêtu d&#39;or (EMF Corp, Cr / Au) en quatre morceaux identiques. Comme alternative aux diapositives disponibles dans le commerce, nous avons également utilisé un film de 100 nm d&#39;épaisseur d&#39;une couche Au 2 nm Ti adhésion déposé par e-beam dépôt sur une lame de verre carré de 1 pouce à une température de substrat élevée de 200 ° C pendant au moins au moins 1 heure. Cela produit un film polycristallin lisse. </li><li> Créer une image bitmap de la structure en double-nanotrou comme entrée pourle faisceau d&#39;ions focalisé (FIB) est un système bitmap. L&#39;image est constituée de deux cercles pleins, 160 nm de diamètre avec une distance centre à centre de 190 nm. Ce modèle crée une séparation pointe d&#39;environ 15 nm. Entre les cercles, une ligne mince en option peut être placé pour enlever tout résidu métallique entre les conseils. Figure 3a montre une image bitmap par exemple. </li><li> Fabriquer la structure en double nanotrous l&#39;aide d&#39;un FIB (Hitachi, FB-2100) Système de fraisage. Convertir le bitmap à l&#39;étape 2.2 dans un modèle de fraisage FIB (la zone sombre de l&#39;image bitmap se blanchi selon la FIB). Utilisez une tension d&#39;accélération d&#39;ions de 40 kV, un limiteur de faisceau ouverture de 15 um de diamètre sous K 60 fois grossissement. Mill 80 passe pour chaque double-nanotrou avec une dose de 5 microsecondes de temps à chaque passage. Figure 3b montre une structure typique en résulte. Répéter au besoin. Nanotrous multiples doivent être faits pour tenir compte des erreurs. </li><li> Ajouter des marques d&#39;enregistrement, soit en utilisant le FIB et / ou par het pour indiquer l&#39;emplacement approximatif de la double nanotrous (s). </li><li> Éventuellement, prendre un cliché MEB des trous d&#39;évaluer avec précision la qualité de la structure et de la séparation pointe. </li></ol> 3. Microfluidique Chambre Un diagramme de flux de processus de fabrication de la chambre microfluidique est illustré à la figure 4. <ol><li> Verser 10 g de polydiméthylsiloxane (PDMS) de base (Dow Corning Canada, Base de Sylgard 184 Élastomère silicone) et un supplément de 1 g de durcisseur (Dow Corning Canada, Sylgard 184 Durcisseur silicone élastomère) dans un gobelet jetable. Mélanger pendant quelques minutes. </li><li> Évacuer le mélange dans la chambre à vide jusqu&#39;à ce que toutes les bulles ont disparu. </li><li> Verser 1,5 g de PDMS dans un diamètre de 9 cm boîtes de Pétri. Spin couche de PDMS sur le fond de la boîte de Pétri à 950 tours par minute pendant 65 sec. Figure 4b montre le résultat. L&#39;épaisseur n&#39;est pas critique tant qu&#39;elle est inférieure à 80 um, le film d&#39;or se trouve dans la partie inférieure microscope objectivitédistance de travail de e. </li><li> Le déposer doucement 5.3 # 1.5 lamelles (Fisher Scientific, 12-541-B) sur le de telle sorte qu&#39;ils ne se chevauchent pas et évacuer pendant 30 minutes comme indiqué sur la figure 4c PDMS. </li><li> Si lamelles déplacé et empilées les unes au-dessus de l&#39;autre pendant l&#39;évacuation, les déplacer doucement l&#39;un l&#39;autre. Des précautions doivent être prises pour maintenir PDMS sous lamelles minces et uniformes. </li><li> Si la manipulation des lamelles a été requise, évacuer boîte de Pétri à nouveau pendant 30 min. </li><li> Retirer le plat de Petri de la chambre à vide et cuire sur plaque chauffante pendant 20 min à 85 ° C. </li><li> En utilisant une lame de rasoir, couper une des le couvercle glisse doucement soulevez la lame avec des pincettes pointe fine. Une fine couche de PDMS va rester sur la lamelle en PDMS est plus adhésif sur la lamelle de verre que le plat de Pétri PMMA comme dans Figure 4e. </li><li> Découper une fenêtre de 3 x 3 mm dans le PDMS avec une lame de rasoir comme dans la figure 4f. Cette fenêtre se forme dans la chambre où le nanoparticle solution sera conservée. </li></ol> 4. Préparation des échantillons <ol><li> Fabriquer une lame de microscope avec un trou de ¾ &quot;de diamètre au centre de l&#39;acrylique. Ceci peut être accompli avec un laser. D&#39;autres matériaux peuvent être utilisés aussi bien. L&#39;échantillon d&#39;or sera placé à l&#39;intérieur du trou. </li><li> Tape la circonférence du trou avec du ruban adhésif double face. Utilisez une lame de rasoir pour couper le ruban excès. </li><li> Lame de microscope place sur la lamelle, PDMS face. </li><li> Diluer la solution de nanosphères de polystyrène (Thermo Scientific, 3020A) à partir de 1% p / v à 0,05% p / v en utilisant de l&#39;eau désionisée. Une micropipette peuvent être utilisées. </li><li> Ajouter quelques gouttes de solution dans la fenêtre de PDMS. Ajouter une goutte sur l&#39;échantillon d&#39;or où les nanotrous sont situés. </li><li> Lieu échantillon d&#39;or sur le dessus de lamelles tels que les nanotrous sont à l&#39;intérieur de la fenêtre PDMS. Assurez-vous que les bulles ne sont pas présents à l&#39;intérieur de la chambre. Appuyez sur l&#39;échantillon d&#39;or contre la lamelle et tamponner l&#39;excès de solution. </li><li> Si vous utilisez un objectif à immersion d&#39;huile (comme c&#39;est le cas ici, mais pas nécessaire), ajouter une goutte d&#39;huile à immersion sur le côté opposé de la lamelle, sous la fenêtre de PDMS. Prenez note de l&#39;emplacement des nanotrous. </li><li> Insérer lame de microscope dans le porte-lame, l&#39;huile vers le bas, puis porte-lame inférieure jusqu&#39;à ce que l&#39;huile d&#39;immersion est en contact avec l&#39;objectif de microscope. </li><li> Aligner approximativement scène de la diapositive telle que les marques indicateurs sont au-dessous de l&#39;objectif. </li><li> Suivez les lignes de signalisation menant à la nanotrous. Glissière position telle que les marques d&#39;indicateurs et d&#39;autres espaces ouverts sont effacés de l&#39;écran central. Transmission de la lumière excessive peut endommager l&#39;APD. </li><li> Allumez le laser. Comme le miroir dichroïque n&#39;est pas parfait, un endroit près du centre de l&#39;écran par le faisceau laser doit apparaître. </li><li> Utilisation du logiciel de commande piézo stade, d&#39;affiner l&#39;alignement sur les trois axes. </li></ol> 5. Acquisition de données <ol><li> Avec le casquep des marques indicatrices, la position de la tache à proximité d&#39;un emplacement nanotrous connue. Les nanotrous sera trop petite pour être résolu et ne doit apparaître que comme des taches. </li><li> La transmission de la lumière à travers l&#39;échantillon est indiquée par le niveau du signal sur l&#39;oscilloscope. Poursuivre l&#39;alignement de l&#39;échantillon pour maximiser la transmission de la lumière. Méfiez-vous des marques et des rayures indicateur visibles et non visibles comme la transmission de lumière seront élevés dans ces zones. Nanotrous montrera sauts brusques de transmission de la lumière tout en rayures présenter des changements plus graduels. </li><li> En utilisant la lame d&#39;onde, ajuster la polarisation de la lumière pour la transmission de lumière plus élevé que la structure à double nanotrous est polarisée. </li><li> Pour minimiser le bruit, de construire un filtre RC avec la carte de, 200 kW et résistance condensateur 100 pF et connectez-le après l&#39;APD par l&#39;intermédiaire d&#39;un câble coaxial. Ces valeurs peuvent être ajustées pour optimiser les performances, compte tenu de la largeur de bande d&#39;acquisition de données requis. </li><li> Connecter l&#39;oscilloscope et les données acquisModule ition (Omega, USB-4711A) pour le filtre RC avec des câbles coaxiaux et des adaptateurs T. </li><li> Goûtez à la tension de la DPA à l&#39;aide du module d&#39;acquisition de données pour la durée souhaitée. Temps d&#39;acquisition sont généralement dans les centaines de secondes. Dans ce cas, un logiciel personnalisé a été utilisé pour l&#39;acquisition de données. La tension est échantillonnée à 2.000 fois par seconde. </li><li> Matlab, filtrer les données acquises à l&#39;aide d&#39;un filtre Savitzky-Golay et tracer en fonction du temps sur un graphique. </li></ol>

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Production et le libre accès à cet article est sponsorisé par Thorlabs.

La configuration actuelle a des capacités de piégeage efficaces en raison de la structure de la nanotrou. Ce pièges nanotrous particules diélectriques ~ 10 nm échelle à de faibles intensités optiques. D&#39;autres nouveaux pièges optiques comprennent optiques antennes dipôles 11, murmure-galerie-mode résonateurs optiques 12,13 et guides d&#39;ondes 14; toutefois, ils fonctionnent généralement dans le régime perturbatif, qui est limitée par la mise à l&#39;échelle de quatrième ordre inverse de la puissance optique requise par rapport à particules taille, contrairement à la SIBA et double-nanotrou piège. Formes alternatives d&#39;ouverture ont également été présentés pour le piégeage, comme un rectangle nanopore plasmonique 15. D&#39;autres qualités favorables indiquées par le double piège-nanotrou comprennent le comportement des particules de taille sélective 7, un emplacement unique piégeage (pour limiter les multi-particules piégeage) et de la facilité de fabrication 16. Comme une alternative à l&#39;aide d&#39;un FIB, double-nanotrous peuvent être fabriqués en utilisant une lithographie colloïdaley 6. Piégeage de matériels biologiques d&#39;polarisabilité grande taille et a inclus des bactéries 3, les cellules vivantes, le 3 17,2,18 virus de la mosaïque du tabac et à la manipulation et l&#39;étirage des brins d&#39;ADN attachés aux extrémités par de grandes particules diélectriques 19, mais plus petit de piégeage directe échantillons biologiques sans attache reste difficile. Cette configuration de piégeage est capable de piéger les particules diélectriques à des intensités lumineuses plus faibles que pinces de lumière conventionnelles et la nanotrous circulaire, permettant aux petites particules biologiques qui se tiendra pendant de longues périodes de temps sans dommages ou modem. En outre, les événements de piégeage présentent un rapport signal-sur-bruit permettant cette configuration fonctionne comme un capteur sensible et de détecter les plus petites particules biologiques, tels que les virus et les protéines. En fait, 20 sphères de polystyrène nm ont un indice de réfraction de 1,59 ce qui est comparable aux plus petites particules biologiquestels que les virus. Cette méthode pourrait devenir une technique fiable et mature pour l&#39;immobilisation et la manipulation de nanoparticules, dont les particules biologiques. Les applications de cette technique comprennent l&#39;intégration dans un environnement microfluidique. Au lieu d&#39;une seule chambre microfluidique, un canal pourrait être utilisé pour contrôler dynamiquement l&#39;environnement, idéal pour la détection de l&#39;indice de réfraction. Une telle configuration serait fixé dans une seule puce microfluidique menant à une configuration plus stable et robuste et une analyse plus rapide des solutés. Une autre option est le développement d&#39;un système de détection par fluorescence pour la caractérisation de simples fluorescence taggés les virus, les points quantiques semi-conducteurs et des protéines fluorescentes vertes. Cette configuration a aussi des possibilités de modification dans un biocapteur pour un virus ou une protéine unique, permettant de très petits échantillons à analyser. La découverte de médicaments 21 et la maladie et l&#39;infection de détection 22 serait bénéficier d&#39;un détecteur de protéine unique. Raman spéctroscopy peuvent être incorporés pour la détection de signaux Raman de particules et de simples événements contraignants. La structure à double nanotrou permet de fortes améliorations sur le terrain locaux dans les conseils, adaptés à la pointe améliorée par spectroscopie Raman 23. Un très spécifique sans étiquette méthode de caractérisation des matériaux serait également possible en utilisant la spectroscopie Raman 24.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom </td><td> Fabricant </td><td> Numéro de série </td><td> Commentaires </td></tr><tr><td> Immersion dans l&#39;huile </td><td> Labs Cargille </td><td> 16484 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 Kit élastomère silicone </td><td> Dow Corning Canada </td><td></td><td> Quantité: 1 Contient à la fois la base et le durcisseur PDMS </td></tr><tr><td> Or diapositives d&#39;essai revêtu </td><td> EMF Corp </td><td> Cr / Au </td><td> Quantité: 1 Une couche d&#39;adhésion Ti peut être utilisée aussi bien </td></tr><tr><td> Non 1.5 Lamelles </td><td> Fisher Scientific </td><td> 12 à 541-B </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Système de faisceau focalisé d&#39;ions- </td><td> Hitachi </td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td> Portable module d&#39;acquisition de données </td><td> Omega Engineering </td><td> USB-4711A </td><td> Quantity: 1 </td></tr><tr><td> Platine de translation </td><td> Parker </td><td> 4034M </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Chef diode laser et le contrôleur </td><td> Sacher Lasertechnik Groupe </td><td> TEC 120 </td><td> Quantité: 1 Manuel Tunable Laser System Littrow </td></tr><tr><td> Oscilloscope numérique </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> 20 nm de Taille NANOSPHERE </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;Monture </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> 0.3 Tube Lens &quot; </td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td> Quantité: 2 </td></tr><tr><td> D&#39;absorption filtre ND 4,0 </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Aluminium Breadboae </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Avalanche Photodiode </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Affichage numérique de la puissance optique </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> Quantité: 1 Obsolètes, d&#39;autres le feront </td></tr><tr><td> Mesure des forces Module </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Cinématique Mirror Mount </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> Quantité: 1 Avec Mirroir IR Qualité Près laser </td></tr><tr><td> Laser Diode Driver à courant constant </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> LD1255 plaque de table de montage optique </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Gendarmerie achromatique lame demi-onde </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> Quantité: 1 690 - 1200 nm </td></tr><tr><td> Kit pince optique </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> Quantité: 1 Métrique ou Impérial </td></tr><tr><td> Poster Base de support </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> Quantité: 2 </td></tr><tr><td> Alimentation </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-Unis </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Câble d&#39;alimentation </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Plaque à angle droit </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Clamp Message </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Acier inoxydable Message optique </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> Quantité: 1 </td></tr><tr><td> Table Clamp </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> Quantité: 2 Obsolètes, d&#39;autres le feront </td></tr><tr><td> Capteur thermique </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> Quantité: 1 Pour wattmètre optique numérique </td></tr><tr><td> Condensateur 100 pF </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> 200 Résistance KOhm </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Acrylic Sheet </td><td></td><td></td><td> Quantité: 3 &quot;x 1&quot; Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Assortiment de câbles coaxiaux, câbles et connecteurs </td><td></td><td></td><td> Au besoin </td></tr><tr><td> Planche à pain </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Lentille concave </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Diamond Cutter </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Ruban double face </td><td></td><td></td><td> Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Lame de rasoir </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, pas critique </td></tr><tr><td> Pince à épiler </td><td></td><td></td><td> Quantité: 1 Toute marque, à pointe fine </td></tr></tbody></table>

le piégeage optique de nanoparticules

Optical Trapping of Nanoparticles

Piégeage optique est une technique d&#39;immobilisation et de manipuler de petits objets d&#39;une manière douce en utilisant la lumière, et il a été largement appliquée dans le piégeage et la manipulation de petites particules biologiques. Ashkin et ses collègues d&#39;abord démontré pinces optiques utilisant un seul faisceau concentré 1. Le piège à faisceau unique peut être décrite avec précision en utilisant la formulation perturbative gradient de force dans le cas de petites particules régime de Rayleigh 1. Dans le régime perturbatif, la puissance optique nécessaire pour piéger une balance de particules comme la quatrième puissance inverse de la taille des particules. Puissances optiques élevées peuvent endommager les particules diélectriques et provoquer un échauffement. Par exemple, pris au piège des sphères de latex de 109 nm de diamètre ont été détruits par un faisceau de 15 mW en 25 sec 1, qui a de graves conséquences pour la matière biologique 2,3. Une auto-induite back-action (SIBA) piégeage optique a été proposé pour piéger les 50 sphères de polystyrène nm dans lenon-perturbative régime 4. Dans un régime de non-perturbative, même une petite particule avec un contraste de permittivité peu à l&#39;arrière-plan peuvent influencer de manière significative le champ électromagnétique ambiant et provoquent une grande force optique. En tant que particule pénètre dans une ouverture lumineuse, transmission de la lumière augmente considérablement en raison du chargement diélectrique. Si la particule tente de sortir de l&#39;ouverture, de transmission diminuée provoque un changement de quantité de mouvement vers l&#39;extérieur du trou et, par la troisième loi de Newton, en résulte une force vers l&#39;intérieur sur les particules dans le trou, le piégeage des particules. La transmission de la lumière peut être contrôlée, d&#39;où le piège peut devenir un capteur. La technique de piégeage SIBA peut encore être améliorée en utilisant une structure à double nanotrou. La structure à double nanotrou a été montré pour donner un fort champ amélioration locale 5,6. Entre les deux pointes acérées de la double nanotrou, une petite particule peut provoquer un grand changement dans transmissio optiquen, ce qui induit une grande force optique. En conséquence, les petites nanoparticules peuvent être pris au piège, comme les sphères de silicate de 12 nm 7 et 3,4 nm de rayon hydrodynamique albumine sérique bovine protéines 8. Dans ce travail, la configuration expérimentale utilisée pour le piégeage des nanoparticules est décrit. Tout d&#39;abord, nous détaillons l&#39;ensemble de l&#39;installation de piégeage qui est basé sur un kit Thorlabs pince optique. Ensuite, nous expliquons la procédure de nanofabrication de la double nanotrou dans un film métallique, la fabrication de la chambre microfluidique et la préparation des échantillons. Enfin, nous détaillons la procédure d&#39;acquisition de données et de fournir des résultats typiques de piégeage 20 nanosphères de polystyrène nm.

<html> Une trace d&#39;acquisition typique est représenté sur la figure 5a. Un événement de piégeage est caractéristique soudain, avec une arête vive, montrant un interrupteur claire entre les deux niveaux de puissance de transmission. Lorsque les particules sont soumises au mouvement brownien, les événements de piégeage se fera au hasard. Pour particules de 20 nm, les changements de transmission de piégeage étaient généralement autour de 5-10% et des temps de piégeage, autour de 10-300 sec. Le temps typique pour atteindre une prise au piège de la puissance et de concentration décrite ci-dessus est de l&#39;ordre d&#39;une minute. En raison de l&#39;encombrement stérique, il est rare de voir piégeage des particules multiples en même temps, mais une fois une particule est libéré, il est généralement suivie d&#39;un événement ultérieur de piégeage. En fonction de la qualité des résultats, il peut y avoir une certaine augmentation du bruit du signal dans l&#39;état piégé. Cette augmentation bruit provient du mouvement brownien des particules piégées. Sans la particule piégée, cette source de bruit n&#39;est pas présent. <html> _content &quot;&gt; Certains artefacts peuvent apparaître dans les résultats qui ne sont pas indicatifs des événements de piégeage. Résultats montrant la dérive, des changements lents dans la transmission sur une période de quelques minutes, comme indiqué sur la figure 5b, doit être jeté. D&#39;autres objets peuvent également être présents tels que les changements de transmission incohérentes, bruit excessif ou pas du tout piégeage. Par exemple, les bulles peuvent provoquer des sauts d&#39;intensité discontinue si les soins ne sont pas prises pour s&#39;assurer que la chambre est sans bulles. Ces bulles vont réagir différemment aux événements de piégeage en termes de dynamique changement de comportement et de l&#39;intensité, et donc ils sont facilement identifiables. Ces symptômes pourraient être causés par une mauvaise structure de double-nanotrou, les contaminants ou à des vibrations mécaniques. Un calme, faible activité paramètre est fortement recommandé de placer cette configuration. Aussi, ce qui permet au laser et étape pour régler quelques minutes après l&#39;alignement peut aider aussi. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; Figure 1 la transmission ouverture sub-longueur d&#39;optique: a) Sans particule, b) la transmission accrue grâce à une particule diélectrique; c) Si les tentatives de particules à partir, la diminution de la lumière dynamique (AT) provoquera une force (F) sur la particule de. le tirer en arrière dans le trou, d) rouge de décalage de la courbe de transmission causé par la particule, conduisant à la modification de la transmission AT. <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . Figure 2 un schéma) Dans l&#39;ensemble de l&#39;installation de piégeage, l&#39;élargissement du cercle rouge est montré en b); b) Agrandissement montrant la double nanotrou, et les nanosphères l&#39;intérieur de la chambre de PDMS, c) Image MEB de la structure en double-nanotrou. Sigles utilisés: LD = diode laser; ODF = densité optique du filtre; PLR = lame demi-onde; BE = élargisseur de faisceau; MR = miroir; MO = objectif de microscope; OI MO = huile immerobjectif de microscope sion; DH = double-nanotrou; APD = avalanche photodétecteur. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> Figure 3 un chiffre) Exemple bitmap utilisé dans la fabrication FIB;. B) Une image MEB d&#39;un double-nanotrou. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> Figure 4. Schéma du processus de fabrication de la chambre microfluidique. <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> Figure 5. (A) typiques d&#39;acquisition de piéger les événements avec 20 billes de polystyrène nm. (B) Une mauvaise acquisition montrant aiguë dérive.

Les détails qui suivent l&#39;approche de configuration de piégeage faible puissance optique diélectrique des nanoparticules à l&#39;aide d&#39;un double-nanotrou dans le film métallique.

Le piégeage optique de nanoparticules

Le piégeage optique est une technique permettant d'immobiliser et de manipuler délicatement de petits objets à l'aide de la lumière, et elle a été largement appliquée au piégeage de...

L'objectif général de cette procédure est de créer un dispositif de piégeage optique par ouverture afin de piéger des particules d'environ 20 nanomètres de taille. Pour ce faire, un détecteur est ajouté à un dispositif existant de piégeage optique par laser afin de permettre la mesure. Ensuite, la solution de nanoparticules à mesurer est dispensée dans une chambre microfluidique équipée du piège à double trou nanométrique, et la chambre est chargée sur le dispositif de piégeage optique.Lorsqu'une particule pénètre dans l'ouverture éclairée, la transmission de la lumière augmente fortement en raison de la charge diélectrique. Si la particule tente de quitter l'ouverture, la diminution de la transmission provoque un changement de quantité de mouvement vers l'extérieur de l'orifice, ce qui, selon la troisième loi de Newton, engendre une force ramenant la particule à l'intérieur de l'orifice, la piégeant ainsi. La particule induit un décalage vers le rouge de la courbe de transmission, qui peut être surveillé.Par conséquent, le piège peut devenir un capteur. En définitive, des résultats peuvent être obtenus, montrant des événements de piégeage de nanoparticules, y compris le dépliage des protéines piégées, indiqué par des variations de l'intensité laser à travers le double trou nanométrique. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, telles que le piégeage optique par force de gradient, est qu'elle permet de piéger des nanoparticules plus petites avec des intensités laser plus faibles.Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés en biochimie, comme la manière dont les protéines individuelles se replient et interagissent, et comment les particules virales infectent les cellules vivantes. En général, les personnes utilisant cette méthode éprouvent des difficultés, car il est difficile d'intégrer le double trou nana dans un système de piégeage laser existant. Le dispositif de piégeage optique est basé sur un kit de pinces optiques de Thor Lab, équipé d'un module de mesure de force.Une photodiode à avalanche est utilisée pour remplacer le détecteur quadrantal dans le module de mesure de force. Lors de la mise en place du système de piégeage optique, une protection oculaire doit être portée chaque fois que le laser est activé. Veillez à ce que le faisceau reste confiné dans une zone sécurisée en travaillant dans une pièce fermée et en limitant autant que possible le trajet du faisceau à l'intérieur du dispositif de piégeage ; il convient d'éviter tout bijou réfléchissant.Des gants en latex sont portés. Pour garantir la propreté des optiques, installer le kit de pinces optiques et le module de mesure de force. Conformément aux instructions du fabricant, le kit de pinces optiques assemblé possède une conception de microscope inversé et se compose des éléments suivants : un laser de piégeage, un objectif à immersion huile de 100 x, une platine de positionnement d'échantillon à trois axes et une caméra CCD.Veuillez noter qu'il est conseillé de se protéger contre les décharges électrostatiques lors de la manipulation de diodes laser. Le module de mesure de force permet l'étalonnage des pinces optiques à l'aide de la détection de position du plan focal arrière du condenseur. Une photodiode à avalanche au silicium ou une PD est utilisée à la place des modules de mesure de force.Le détecteur de position à quadrant insère également un filtre résistance-condensateur (RC) composé d'une résistance de 200 kiloohms et d'un condensateur de 100 picofarads. Ce filtre permet de réduire le bruit à haute fréquence et facilite l'observation des événements de piégeage sur l'oscilloscope. Utilisez un câble coaxial pour connecter le filtre RC après le APD. Ensuite, utilisez des câbles coaxiaux et un adaptateur en T pour relier l'oscilloscope et le module d'acquisition de données au filtre RC.Le système est désormais prêt pour le chargement de l'échantillon. L'ouverture à double nano-trou est constituée de deux nano-trous usinés dans une couche d'or à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés. La couche a une épaisseur de 100 nanomètres et est supportée par un substrat en verre.Les nano-perforations se chevauchent pour former deux pointes aiguës. Les nanoparticules seront piégées dans l'interstice entre ces pointes par la lumière laser incidente sur la double nano-perforation.De grandes caractéristiques de repérage doivent également être usinées dans le film métallique afin de faciliter l'identification de l'emplacement du double nano-trou au microscope optique. Ces caractéristiques doivent être situées à environ 100 micromètres du double nano-trou. Versez 10 grammes de polydiméthylsiloxane ou base PDMS et un gramme d'agent de réticulation dans un gobelet jetable. Mélangez pendant quelques minutes.Ensuite, placer le mélange dans une chambre à vide jusqu'à disparition complète des bulles. Puis verser 1,5 gramme de PDMS dans une boîte de Pétri de neuf centimètres de diamètre. Appliquer le PDMS par centrifugation sur le fond de la boîte de Pétri à 950 tr/min pendant 65 secondes selon le programme de rotation.L'épaisseur n'est pas critique tant qu'elle est inférieure à 80 microns. Placez délicatement trois à cinq lamelles de numéro 1,5 sur le PDMS de manière à ce qu'elles ne se chevauchent pas, puis faites le vide pendant 30 minutes.Si, pendant la dépressurisation, les lamelles ont bougé et se sont empilées les unes sur les autres, déplacez-les délicatement pour les séparer. Veillez à maintenir l'épaisseur de PDMS sous les lamelles fine et uniforme. Ensuite, dépressurisez à nouveau la boîte de Pétri pendant 30 minutes.Retirer la boîte de Pétri de la chambre à vide et la chauffer sur une plaque chauffante pendant 20 minutes à 85 degrés Celsius pour polymériser le PDMS. Une fois le PDMS solidifié, utiliser une lame de rasoir pour découper le long des bords de l'une des lamelles. Puis, à l’aide de pinces à pointe fine ou d’une lame, soulever délicatement la lamelle ; une fine couche de PDMS adhérera à la lamelle.Placer la lame de verre avec le PDMS dans une nouvelle boîte de Pétri. Ensuite, à l’aide d’un rasoir, découper une fenêtre de trois millimètres sur trois millimètres dans le PDMS. Cette fenêtre formera la chambre où la solution de nanoparticules sera conservée.Utilisez une découpeuse laser pour fabriquer un support en acrylique pour lame de microscope comportant un trou de trois quarts de pouce de diamètre au centre. Collez le pourtour du trou avec du ruban adhésif double face. Utilisez une lame de rasoir pour retirer tout excès de ruban.Placer la lame de microscope fabriquée sur l'une des lamelles préparées recouvertes de PDMS de sorte que le PDMS soit coincé entre le verre et l'acrylique. À l'aide d'une micropipette, ajouter quelques gouttes d'une solution de nanosphères de polystyrène à 0,05 % en poids par volume sur la fenêtre en PDMS.Ajoutez une goutte sur le film d'or là où se trouvent les nano-trous. Placez l'échantillon d'or au-dessus des lamelles, les nano-trous se trouvant à l'intérieur de la fenêtre en PDMS. Veillez à ce qu'il n'y ait pas de bulles dans la chambre.Ensuite, appuyez l'échantillon en or contre la lamelle. Essuyez et retirez toute solution excédentaire, car un objectif à immersion huileuse sera utilisé. Ajoutez une goutte d'huile de l'autre côté de la lamelle, au-dessus de la fenêtre en PDMS.Prenez note de l'emplacement des nano-trous. Insérez le microscope. Faites glisser la lame dans le porte-lame avec l'huile orientée vers le bas, puis abaissez le porte-lame jusqu'à ce que l'huile à immersion entre en contact avec le microscope.Alignez objectivement et approximativement la platine porte-lame de manière à ce que les marques de repérage gravées dans la couche d'or se situent sous l'objectif. À l'aide d'un logiciel d'acquisition d'images tel que Thor site, fourni dans le kit de piégeage, repérez les marques de repérage sur la couche d'or et suivez les lignes indicatrices jusqu'aux nanotrous.Positionnez la lame de manière à ce que les marques indicatrices et les autres zones ouvertes soient éloignées du centre de l'écran. Une transmission excessive de lumière peut endommager le A PD et activer le laser. Étant donné que le miroir dichroïque n'est pas parfait, une tache près du centre de l'écran provenant du faisceau laser devrait apparaître.À l'aide du logiciel de commande de la platine piézo, affiner davantage l'alignement selon les trois axes. Lorsque l'alignement est correct, une tension maximale sera observée sur la photodiode, indiquant une transmission maximale à travers l'ouverture nanométrique.À présent que le système est configuré et que l'échantillon est chargé, les données de piégeage optique peuvent être acquises. À l'aide des repères, positionnez le spot près d'un emplacement de nanotrou connu. Les doubles nanotrous seront trop petits pour être résolus clairement et apparaîtront à l'écran comme de petits points.La transmission de la lumière à travers l'échantillon est indiquée par le niveau du signal sur l'oscilloscope. Ajustez davantage l'échantillon afin de maximiser la transmission de la lumière. Veillez aux marques indicatrices ainsi qu'aux rayures visibles et invisibles, car la transmission de la lumière sera élevée dans ces zones ; les nano-trous présenteront des sauts brusques dans la transmission lumineuse, tout comme les rayures.Présentez des changements plus graduels à l'aide de la lame à onde. Ajustez la polarisation de la lumière afin d'obtenir la transmission maximale, la structure à double trou nano étant polarisée. Pour acquérir les données, échantillonnez la tension des APD à l'aide du module d'acquisition de données pendant la durée souhaitée.Les durées d'acquisition sont généralement de plusieurs centaines de secondes. Dans ce cas, un logiciel personnalisé est utilisé pour l'acquisition des données et la tension est échantillonnée 2000 fois par seconde. À l'aide de MATLAB, filtrer les données acquises à l'aide d'un filtre KY Gole et les tracer en fonction du temps sur un graphique afin de montrer l'piégeage de nanoparticules de polystyrène de 20 nanomètres ; la transmission à travers les deux nano-ouvertures a été mesurée en fonction du temps.La transmission optique d'un PD a ensuite été tracée. Au fil du temps, l'événement de piégeage est typiquement soudain, avec un front net montrant un basculement clair entre deux niveaux de puissance de transmission, comme illustré dans cet exemple. On observe fréquemment une augmentation du bruit du signal à l'état piégé. Cette augmentation du bruit provient du mouvement brownien de la particule piégée.Remarquez que, en l'absence de particule piégée, cette source de bruit n'est pas présente. Certains artefacts peuvent apparaître dans les résultats sans être indicatifs d'événements de piégeage. Les résultats montrant une dérive, observée comme des changements lents de la transmission sur une période de plusieurs minutes comme illustré ici, doivent être écartés. Après cette procédure, d'autres méthodes telles que la spectroscopie Raman et la spectroscopie de fluorescence peuvent être réalisées afin de répondre à des questions supplémentaires concernant la nature de la nanoparticule piégée, après son développement.Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs pour l'étude de nanoparticules biologiquement pertinentes au niveau de la molécule unique. Par exemple, pour détecter la liaison des protéines et étudier l'infection virale, tous deux au niveau de la molécule unique. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'intégrer un piège optique double nho dans un système laser de microscope inversé afin de piéger des nanoparticules uniques.

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