Piégeage de Micro particules dans trellis optique Nanoplasmonic

L’objectif global de cette expérience est de démontrer comment piéger des microparticules avec des réseaux optiques plasmoniques avec une technique qui supprime la convection photothermique. La principale caractéristique de cette technique est que nous utilisons l’ensemble des nanostructures plasmoniques pour améliorer l’efficacité du piégeage. De plus, nous utilisons une propriété d’infusion unique de l’eau, un coefficient de dilatation thermique de 0 % à basse température pour supprimer la convection photothermique.

Dinesh Bhalothia, un étudiant diplômé de mon laboratoire, fera la démonstration de cette procédure. La configuration de l’expérience s’appuie sur un kit de pince à épiler optique. Ce kit de pince à épiler optique modifiée avec un module de fluorescence est prêt sur une planche à pain.

Une LED et un laser à diode fournissent de la lumière pour la floraison et la manipulation. Les miroirs dirigent la lumière à travers une lentille d’objectif. L’objectif concentre la lumière sur un étage d’échantillonnage qui sert également de dissipateur thermique.

Une caméra CCD capture des images de l’échantillon. Ces éléments sont plus évidents dans ce schéma. Une LED bleue de 470 nanomètres est la source lumineuse du module de fluorescence.

Une diode laser de 980 nanomètres fournit une lumière laser à focale lâche pour la manipulation. L’objectif est un objectif de microscope à longue distance de travail. L’activité sur la platine d’échantillonnage est enregistrée par une caméra CCD.

Allumez l’alimentation et le courant de la diode laser de 980 nanomètres. Utilisez la caméra CCD pour vérifier l’alignement du faisceau laser. Si le faisceau est bien aligné, l’image de la caméra sera une tache gaussienne.

Éteignez le laser pour les étapes suivantes. Un aspect important de la configuration est le système de refroidissement. L’étage d’échantillonnage est un dissipateur thermique conçu pour accueillir un refroidisseur thermoélectrique.

Travaillez avec l’électronique du système pour préparer l’ajout de la glacière thermoélectrique. Il existe un circuit de commande personnalisé pour cette expérience. Effectuez les connexions entre le circuit de commande et la carte de commande électronique.

Ensuite, procurez-vous un élément de refroidissement thermoélectrique qui s’adaptera à l’étage d’échantillon et avec un trou pour permettre au faisceau laser de passer. Connectez la sortie du circuit de commande à l’élément de refroidissement thermoélectrique. Déplacez l’élément de refroidissement vers l’étage d’échantillonnage.

Avant de continuer, connectez le circuit de commande à une alimentation de cinq volts. Pour surveiller la température, utilisez une caméra infrarouge à vision frontale et vérifiez que le système refroidit correctement avant de continuer. Pour cela, utilisez un thermomètre à résistance et son capteur.

Commencez par le capteur sur une lamelle en verre. Transférez le capteur et la lamelle de recouvrement à l’étage d’échantillonnage. Appliquez une petite quantité de pâte thermique pour assurer le contact thermique.

Là, mettez l’ensemble en contact avec la scène. Aux commandes, réglez la puissance de l’élément de refroidissement thermoélectrique. Après trois minutes, lisez la température à l’aide du thermomètre à détecteur de température à résistance.

De plus, enregistrez la température avec la caméra infrarouge à vision frontale. Répétez ces deux mesures à différents réglages de puissance de sortie pour obtenir une courbe d’étalonnage de température similaire à celle-ci. L’étalonnage est essentiel.

Avant de continuer, coupez l’alimentation du refroidisseur thermoélectrique. Le dernier élément de la configuration est le réseau nanoplasmonique. Le couvercle de diapositive est fabriqué sur mesure et est prêt à être monté dans l’expérience.

Cette image au microscope électronique à balayage du réseau fournit plus de détails. Il s’agit d’un réseau d’environ 16 micromètres carrés de nanodisques d’or de 22 par 22. Chaque nanodisque a une épaisseur de 40 nanomètres et un diamètre de 550 nanomètres.

La distance centre à centre entre les disques est de 750 nanomètres. Placez le couvercle de la lame avec le réseau nanoplasmonique sur la platine de l’échantillon. Il doit être en contact avec la glacière thermoélectrique.

Ensuite, configurez la source de lumière. Allumez la source de lumière fluorescente et réglez la puissance sur cinq milliwatts pour l’imagerie en champ clair. Surveillez l’image CCD pendant que vous manipulez la diapositive.

Utilisez le marqueur sur la diapositive pour localiser et aligner le réseau. Assurez-vous que le réseau se trouve au centre de la région d’intérêt sur l’écran de l’ordinateur. Passons maintenant à l’échantillon de l’expérience.

Il s’agit d’un mélange de particules de polystyrène de deux micromètres de diamètre dans de l’eau déminéralisée. À l’aide d’une micropipette, versez 10 microlitres sur la lame du nanoréseau. Passons à l’alimentation actuelle de la diode laser de 980 nanomètres.

Allumez-le pour exciter la résonance plasmonique du réseau. Travaillez ensuite avec l’alimentation électrique du système de refroidissement pour atteindre une température de quatre degrés Celsius. Enfin, commencez à enregistrer la vidéo des microparticules avec la caméra CCD.

Voici un exemple de la vidéo enregistrée lors d’une expérience avec deux sphères de polystyrène micrométriques. La puissance optique du laser de 980 nanomètres de longueur d’onde utilisé pour l’excitation par résonance plasmonique est de cinq milliwatts. Notez que les particules se regroupent dans une structure hexagonale et compacte.

Ces images fixes sont celles des microparticules piégées accumulées au fil du temps. Encore une fois, la structure hexagonale en emballage serré est claire. De telles images peuvent fournir des données pour produire un graphique du nombre de microparticules piégées en fonction du temps.

Ces cinq courbes colorées sont des exemples de trajectoires de microparticules qui peuvent être extraites de la vidéo enregistrée à l’aide de techniques de traitement d’image et de l’algothrithme centroïde. La barre d’échelle représente deux micromètres. La procédure rapportée ici permet à un chercheur de reproduire le piégeage au quotidien.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de ne pas oublier d’utiliser la caméra infrarouge pour surveiller la température de l’échantillon afin d’éviter la rupture de l’échantillon. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine du piégeage optique pour étudier une plus grande classe de phénomènes de transport dans le réseau optique plasmonique. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de faire le piégeage optique avec le réseau optique plasmonique,