Le piégeage optique de nanoparticules

L’objectif global de cette procédure est de créer une configuration de piégeage optique d’ouverture pour piéger des particules d’une taille d’environ 20 nanomètres. Pour ce faire, un détecteur est ajouté à une configuration de piégeage laser optique existante pour permettre la mesure. Ensuite, la solution de nanoparticules à mesurer est distribuée dans une chambre microfluidique avec le piège à double nano-trou, 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 considérablement en raison de la charge diélectrique. Si la particule tente de quitter l’ouverture, une transmission réduite provoque un changement de quantité de mouvement vers l’extérieur du trou et, selon la troisième loi de Newton, entraîne une force qui ramène la particule dans le trou, piégeant la particule. La particule provoque un décalage vers le rouge de la courbe de transmission, qui peut être surveillé.

Par conséquent, le piège peut devenir un capteur. En fin de compte, on peut obtenir des résultats qui montrent des événements de piégeage des nanoparticules, y compris le dépliage des protéines piégées, comme l’indiquent les changements dans l’intensité du laser à travers le double nano-trou. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que le piégeage optique à force de gradient est qu’elle peut piéger des nanoparticules plus petites avec des intensités laser plus faibles.

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés en biochimie, telles que comment les protéines individuelles se replient-elles et interagissent-elles, et comment les particules virales infectent-elles les cellules vivantes ? En général, les individus en raison de cette méthode auront du mal car il est difficile d’intégrer le double trou nana dans un système de piégeage laser existant. La configuration du piégeage optique est basée sur un kit de pince à épiler optique de Thor Lab, équipé d’un module de mesure de force.

Une photodiode d’avalanche est utilisée pour remplacer le détecteur de quadrant 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 allumé. Assurez-vous que le faisceau sera contenu dans une zone sûre en opérant dans une pièce fermée et en confinant le faisceau dans la configuration de piégeage autant que possible, les bijoux réfléchissants doivent être évités.

Des gants en latex sont portés. Pour assurer la propreté de l’optique, installez le kit de pince optique et le module de mesure de force. Selon les instructions du fabricant, le kit de pince optique assemblé a une conception de microscope à lumière inversée et est composé des éléments suivants, un laser à piège, un objectif à immersion dans l’huile 100x, une platine de positionnement d’échantillon à trois axes et une caméra CCD.

Veuillez noter qu’une protection contre les décharges électrostatiques est recommandée lors de la manipulation de diodes laser. Le module de mesure de force permet d’étalonner la pince à épiler optique à l’aide de la détection de position du plan focal arrière du condenseur. Une photo d’avalanche à base de silicone DDE ou un est utilisé à la place des modules de mesure de force.

Le détecteur de position de quadrant permet également d’insérer un condensateur de résistance ou un filtre RC à l’aide d’une résistance de 200 kilos oh et d’un condensateur de 100 picofarad. Ceci est utilisé pour réduire le bruit à haute fréquence et faciliter la visualisation des événements de piégeage sur l’oscilloscope. Utilisez un câble coaxial pour connecter le filtre RC après le A. Utilisez ensuite des câbles coaxiaux et un adaptateur en T pour connecter l’oscilloscope et le module d’acquisition de données au filtre RC.

Le système est maintenant prêt pour le chargement des échantillons. L’ouverture du double nano-trou est composée de deux nano-trous fraisés dans un film d’or par un faisceau d’ions focalisé. Le film a une épaisseur de 100 nanomètres et est soutenu par un substrat en verre.

Les nano-trous se chevauchent pour produire deux cuspides acérées. Les nanoparticules seront piégées dans l’espace entre ces cuspides par la lumière laser. C’est un incident sur le double trou nano.

De grandes caractéristiques de repérage doivent également être fraisées dans le film métallique pour aider à identifier l’emplacement du double nano-trou dans le microscope optique. Configurez ces caractéristiques à environ 100 microns du double nano-trou. Versez 10 grammes de base de polydiméthyl suboxane ou PDMS et un gramme d’agent de durcissement dans un gobelet jetable Mélangez pendant quelques minutes.

Évacuez ensuite le mélange dans une chambre à vide jusqu’à ce que toutes les bulles aient disparu. Ensuite, versez 1,5 gramme de PDMS dans une boîte de Pétri de neuf centimètres de diamètre. Appliquez le PDMS sur le fond de la boîte de Pétri à 950 tr/min pendant 65 secondes après l’essorage.

L’épaisseur n’est pas critique tant qu’elle est inférieure à 80 microns. Placez-en délicatement trois à cinq. Le couvercle numéro 1.5 se glisse sur le PDMS de sorte qu’il ne se chevauche pas et s’évacue pendant 30 minutes.

Si, pendant l’évacuation, les lamelles ont bougé et sont empilées les unes sur les autres, retirez-les doucement les unes des autres. Assurez-vous de garder les capots PDMS minces et uniformes. Ensuite, évacuez à nouveau la boîte de Pétri pendant 30 minutes.

Retirez la boîte de Pétri de la chambre à vide et chauffez-la sur une plaque chauffante pendant 20 minutes à 85 degrés Celsius pour durcir le PDMS. Une fois que le PDMS est solidifié, utilisez une lame de rasoir pour couper le long des bords de l’une des lamelles. Ensuite, à l’aide d’une pince à épiler à pointe fine ou d’une lame, soulevez doucement la lame, une fine couche de PDMS adhérera à la lamelle.

Placez le verre de protection avec PDMS dans une nouvelle boîte de Pétri. Ensuite, à l’aide d’une lame de rasoir, découpez 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 de lames de microscope en acrylique avec un trou de trois quarts de pouce de diamètre au centre. Collez la circonférence du trou avec du ruban adhésif double face. Utilisez une lame de rasoir pour couper tout excès de ruban adhésif.

Placez la lame de microscope fabriquée sur l’une des lamelles recouvertes de PDMS préparées de manière à ce que le PDMS soit pris en sandwich entre le verre et l’acrylique. À l’aide d’une micro-pipette, ajoutez quelques gouttes de 0,05 % de poids par volume. Solution de nanosphère de polystyrène à la fenêtre PDMS.

Ajoutez une goutte sur le film d’or où se trouvent les nano-trous. Placez l’échantillon d’or sur les lamelles de recouvrement avec les nano-trous à l’intérieur de la fenêtre PDMS. Assurez-vous qu’il n’y a pas de bulles dans la chambre.

Appuyez ensuite l’échantillon d’or contre le couvercle. Glissez et tamponnez tout excès de solution car un objectif d’immersion dans l’huile sera utilisé. Ajoutez une goutte d’huile de l’autre côté de la lamelle au-dessus de la fenêtre PDMS.

Prenez note de l’emplacement des nano-trous. Insérez le microscope. Faites glisser l’huile du porte-diapositive vers le bas, puis abaissez le support de diapositive jusqu’à ce que l’huile d’immersion entre en contact avec le microscope.

Objectif, alignez grossièrement l’étage de la diapositive de sorte que les marques de repérage fraisées dans le film d’or se trouvent sous l’objectif. À l’aide d’un logiciel d’acquisition d’images tel que Thor site, qui est inclus dans le kit de piégeage. Trouvez les marques de repérage sur le film doré et suivez les lignes indicatrices jusqu’aux trous nana.

Positionnez la diapositive de manière à ce que les repères indicateurs et autres zones ouvertes soient dégagés du centre de l’écran. Une transmission excessive de la lumière peut endommager l’allumage A du laser. Étant donné que le miroir dichroïque n’est pas parfait, un point près du centre de l’écran du faisceau laser devrait apparaître.

Utilisation du logiciel de contrôle de scène pizo. Affinez encore l’alignement sur les trois axes. Lorsque l’alignement est correct, le maximum d’une tension sera observé indiquant la transmission la plus élevée à travers la nano-ouverture.

Maintenant que le système est configuré et que l’échantillon est chargé, les données de piégeage optique peuvent être acquises. À l’aide des repères indicateurs, positionnez le spot à proximité d’un emplacement de nano-trou connu. Les doubles nano-trous seront trop petits pour être résolus clairement et apparaîtront sous forme de petits points à l’écran.

La transmission de la lumière à travers l’échantillon est indiquée par le niveau du signal sur l’oscilloscope. Alignez davantage l’échantillon afin de maximiser la transmission de la lumière. Faites attention aux marques indicatrices et aux rayures visibles et non visibles car la transmission de la lumière sera élevée dans ces zones, les nano-trous montreront des sauts soudains dans la transmission de la lumière tandis que les rayures.

Présentez des changements plus progressifs à l’aide de la plaque d’onde. Ajustez la polarisation de la lumière pour obtenir la transmission lumineuse la plus élevée car la structure à double nano-trou est polarisée. Pour acquérir des données, échantillonnez la tension APD à l’aide du module d’acquisition de données pendant la durée souhaitée.

Les temps d’acquisition sont généralement de l’ordre de centaines de secondes. Dans ce cas, un logiciel personnalisé est utilisé pour l’acquisition des données et la tension est échantillonnée à 2000 fois par seconde. À l’aide de MATLAB, filtrez les données acquises à l’aide d’un filtre KY Gole et comparez-les au thym sur un graphique pour montrer le piégeage de nanoparticules de polystyrène de 20 nanomètres, la transmission à travers le double nano-trou a été mesurée en fonction du temps.

À l’aide d’une transmission optique, une transmission optique a ensuite été tracée. Au fil du temps, l’événement de piégeage est typiquement soudain avec une arête vive montrant une commutation claire entre deux niveaux de puissance de transmission, comme le montre cet exemple, il y a fréquemment une augmentation du bruit du signal à l’état piégé. Cette augmentation du bruit provient du mouvement brownien de la particule piégée.

Notez que sans la particule piégée, cette source de bruit n’est pas présente. Certains artefacts peuvent apparaître dans les résultats qui ne sont pas indicatifs d’événements de piégeage. Les résultats montrant une dérive considérée comme des changements lents dans la transmission sur une période de quelques minutes, comme indiqué ici, doivent être écartés Suite à cette procédure, d’autres méthodes comme le ramen et la spectroscopie fluorescente peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires sur la nature de la nanoparticule qui est piégée après son développement.

Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs pour étudier des nanoparticules biologiquement pertinentes au niveau de la molécule unique. Par exemple, pour détecter la liaison aux protéines et étudier l’infection virale au niveau d’une seule molécule. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’intégrer un piège optique double nho dans un système laser T de microscope à onduleur pour piéger des nanoparticules simples.