Name: ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-27T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
Description: למדו כיצד ללכוד חלקיקים ביולוגיים בגודל מיקרון באמצעות מלקטי פלזמון וננו-גבישים פוטוניים. השיטה משפרת את יעילות הלכידה האופטית ומאפשרת שליטה מדויקת בכיוון החלקיקים ללא נזק פוטו-תאי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנחנו רוצים גם להודות Xiaoyu מיאו ובן וילסון לפיתוח רוב השיטות המתוארות מבפנים. עבודה זו מומנה על ידי הקרן הלאומית למדע (DBI 0454324) לבין המכון הלאומי לבריאות (R21 EB005183) ועל ידי PHS NRSA T32 GM07270 מ NIGMS אל אק.

1. Random Array Au Nanoparticle ייצור 8,10,12,14 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערך nanoparticle Au נוצר על ידי הראשון ביצירת תבנית כי הוא עשוי שכבה צפופה של תחומים לטקס adsorbed אקראי עם קוטר ממוצע של 454 ננומטר. זו מושגת על ידי זהב מתאדים הראשון coverslip זכוכית בעובי של 20 ננומטר באמצעות כרום כמו שכבת הדבקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Monolayer כדור קלקר לאחר מכן עצמית התאספו ידי חשיפת המצע מצופה זהב כדי בתערובת של 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) hydrochloride carbodiimide (EDC), השעיה לטקס כדור ו-de מים מיוננים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תהליך ספיחה מותר להימשך כשעה ואת התחומים שאינם נספגים נשטפים עם כמות בשפע של מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Monolayer יצרו מותר אוויר יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, עוד 20 ננומטר של זהב הוא התאדה על monolayer התחום לטקס כדי ליצור את מערך אקראי nanoparticle זהב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם SEM זמין, מערך AuNP ניתן לראות תחת SEM להיראות כמו איור 1 ו - תרשים של התהליך מוצג באיור 8. </li></ol> 2. לדוגמא הכנה ביולוגית 9,11 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת המדגם עבור גרעינים השמנה אופטית תא העכבר מוצג עכשיו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכבר 3T3 תא גרעינים מתוייגים עם Acridine אורנג' צבע התקבלו הקבוצה Tewari על פרד האצ'ינסון לחקר הסרטן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 10% שור סרום אלבומין (BSA) ב פוספט בופר סליין (PBS) מתווסף גרעינים העכבר בתא בריכוז של כ 1: 10 (BSA: תא גרעינים עכבר). BSA מסייעת במניעת גרעינים יידבקו אל המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הפתרון באמצעות sonication. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 5 UL של הפתרון שלנו מופקד על גבי סריג coverslip אלומיניום המערך. עדיף לבצע שלב זה עם סבכת אלומיניום על הבמה מיקרוסקופ, כך שאתה לא צריך להעביר את המדגם אחרי הפתרון מופקד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שתי ערימות של שני 1 "על ידי 1" coverslips משמשים לתמיכה coverslip fifth שדרכו מדגם מוצג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את המדגם מתחת למיקרוסקופ לצפייה. </li></ol> 3. שיטת לכידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פינצטה אופטית נבנים על ידי משלוח 35 mW לייזר הליום ניאון דרך Axio Zeiss Imager.D1M מצויד להגדיר GFP 17 מסנן שהוא שונה, כדי לאפשר 633 ננומטר קרינת לייזר להגיע המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> LD Zeiss EC Epiplan - אובייקטיבי NEOFLUAR 50x משמש התמונה גרעיני תאים שהם כ 5 מיקרון קוטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי המדגם ממוקם תחת המטרה, הדגש מיקרוסקופ במערך זהב nanoparticle או סריג עקיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרגם מיקרוסקופ אנכית עד להתמקד מושגת על הגרעינים שבו אתם רוצים ללכוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייזר מיקום מלכודת נקודה על פני החלקיקים ואת החלקיקים אז צריך לשמור על מעמדה במקום לייזר גם כאשר השלב מתורגם. </li></ol> 4. נציג תוצאות: Nanoparticle אקראי זהב מערך נהלים צריכה להפקיד monolayer של AuNP זה ניתן לראות תחת SEM להיראות כמו באיור 1. הכוח השמנה שנוצרו על ידי אלה פינצטה plasmonic יכול להיות 10-20 פעמים את הכוח שנוצר על ידי פינצטה אופטית רגילה. עוצמות המינימום הנדרש על ידי פינצטה plasmonic להשיג ריתוק החלקיקים מוצגים עבור חלקיקים בגדלים שונים באיור 4. 9,10 סריג עקיפה להשיג יישור השמנה עם יעילות 20 פעמים השמנה גבוה יותר nanodots זהב יכול להשיג השמנה עם מעט כמו UW 17 / אממ 2 (איור 7). 11 <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg"> איור 1 10 (א) מיקרוסקופ SEM של עצמית התאספו חלקיקי זהב. הקוטר של חלקיקי זהב הפרט הוא כ 450 ננומטר. (ב) NSOM תמונה של המצע plasmonic שבו הפצה nanoparticle דלילה, מראה את הקרינה שדה ליד. אורך הגל של הלייזר הוא עירור 633 ננומטר. (ג) הגדלה להציג גבוהה של האזור המסומן עם הכיכר האדומה (ב). (ד) יעילות פיזור ספקטרום של המצע plasmonic, מראה את השיא ב 624 ננומטר. (ה) יעילות קליטת ספקטרום של המצע plasmonic, מראה את השיא ב 668 ננומטר. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg"> איור 2 13 (א) Au nanospheres המופצים באופן אקראי בתחום 2D 1 x 1 2 מיקרומטר. כל נקודה כחולה לייצג את מרכז nanosphere (א = 60 ננומטר). הפצות בתחום פיזור על מטוסי תצפית אשר במקביל למערך nanosphere אקראי מוצגים (ב) - (ה). מערך nanosphere מואר באופן אחיד על ידי גל מטוס באורך גל של 540 ננומטר. מקדם השבירה של סביב המדיום הוא 1.33. פולהrization הכיוון של הגל נקודות המטוס לאורך ציר ה-X (אופקי (א)). גודלו של השדה החשמלי האירוע ההנחה היא להיות 1 בחישוב. ההפרדה בין מטוס התצפית ואת מערך nanosphere מוגדר ח ב) h =. ג) h = 2a. ד) h = λ. ה) h = 2λ. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg"> איור 3 9 סכמטי של תצורת אישית מיקרוסקופ פלואורסצנטי כולל פילטר עירור עקף ו dichroic החליף הקורה ספליטר. זוהי תצורה להשתמש בהם ללכידה סימולטני דימות פלואורסצנטי. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg"> איור 4 10 מינימום לייזר בעוצמה לשמור על מלכודת כפונקציה של קצב הזרימה של נוזל סביב ניצול השמנה plasmonic. כל עוצמות האופטי נמדד המטוס מדגם תחת המטרה מיקרוסקופ. (א) - (ו) מראים את תוצאות המדידה של חרוזי פוליסטירן יחיד עם 7.3 קוטר, 6.3 (לא כדוריים), 5.0, 3.9, 2.5 ו - 1.1 מיקרומטר, בהתאמה. ריבועי להראות תמונות מיקרוסקופיות המקביל של חלקיקים. ברים בקנה מידה לייצג את כל התמונות 5 מיקרומטר באורכו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg"> איור 5 10 השיפוע של הקו מצויד דרך המוצא באיור. 4 לעומת גודל החלקיקים עבור השמנה plasmonic. ברים שגיאה להראות את סטיות התקן של מתאים ליניארי. השיפוע של הקו מצויד (היחס בין סף העוצמה האופטית קצב הזרימה) באיור. 4 יש קשר ליניארי כ עם גודל החלקיקים כפי שמוצג באיור הזה, המציין את היתרון של השמנה plasmonic במיוחד עבור חלקיקים קטנים. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg"> איור 6 11 (א) ציור סכמטי של השמנה אופטי משופר ניצול ננו תקופתיים 1-D. קרן האירוע הוא diffracted ידי nanostructure המחזורית בשדה רחוק. (ב) חלוקת עוצמת האור עם nanostructure two polarizations אורתוגונליים בשדה רחוק. (ב) חלוקת עוצמת האור עם שני polarizations אורתוגונליים על פני השטח של סבכת אלומיניום עם תקופת 417 ננומטר שהושגו באמצעות סימולציות FDTD. ההפצה היא מנורמל לעוצמת על משטח אלומיניום שטוח. (ג) ו - (ד) פוטנציאל השמנה עבור חלקיקים ישירות מעל פני השטח צורמת לעומת מיקומו של החלקיק עבור פוליסטירן (ג) 350 ננומטר חרוז (ד) פוליסטירן 1 מיקרומטר חרוז. עיגולים לבנים להמחיש את סדרי הגודל של חלקיקים. ריבועי להראות את הפוטנציאל השמנה מעל משטח אלומיניום שטוח גודל החלקיקים זהה השוואות. הערכים הם מנורמל לכל גודל החלקיקים. כל הדמויות סימולציה FDTD את שדה הראיה הוא 10 x 8 מיקרומטר 2. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg"> איור 7 11 (א) יעילות מלכודת ועוצמת השמנה מינימום נמדד חרוזים קלקר בגדלים שונים עם קרן קיטוב בניצב לקווי הסורג. הבלעה מלכודת מראה אסימטריה יעילות השמנה לתרגום הניצב 3.87 פוליסטירן אממ במקביל חרוז לכללי הסורג. קו מוצק (גדול אסימטריה) מתקבל עם אור מקוטב בניצב האירוע אל הסורג, ואת קו מקף (קטן אסימטריה) מתקבל עם מקבילים התקרית אור מקוטב אל הסורג. היחידה היא (PN [mW / מיקרומטר 2] -1). (ב) - (ד) הפגנה השמנה של ניאון 590 ננומטר חרוז קלקר. העיגול האדום מציין את המיקום של כתם הלייזר כמו אור הלייזר היה חלש מכדי להיראות. בהתחלה החלקיק הוא לכוד בתוך המקום בהספק גבוה יותר, כמו החשמל הורידה את התנועה הבראונית של החלקיקים מתגבר על כוח השמנה, המאפשר החלקיקים לברוח. (ה) - (ז) הפגנה השמנה של גרעין התא סרטן השחלות פלורסנט. עוצמת המינימום הנדרש כדי ליזום השמנה היה μW 16 / 2 מיקרומטר שהושגו באמצעות עדשה 20x אובייקטיבי. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg"> איור 8 14 הליך ייצור של כובע בצורת חלקיקי זהב: אידוי) שכבת Cr ו - Au הדק על coverslip הזכוכית. ב) חשיפה ההשעיה פוליסטירן כדור ו ספיחה של תחומים לשעה 1. ג) הסרת אי - adsorbed תחומי פוליסטירן וייבוש של פני השטח. ד) אידוי של שכבה נוספת של Au על גבי הכדורים בתבנית. ה) סכמטי של המערך Au כובע בצורת nanoparticle, שם Au מכסה רק את הצד העליון של הספירות התבנית.

<ol><li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+TB+%22Electromechanics+of+Particles%22">Electromechanics of Particles</a>. , Cambridge University Press. (1995).</li>
<li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+manipulation+of+neutral+particles+using+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 4853-4853 (1997).</li>
<li>Neuman, K. C., Chadd, E. H., Liou, G. F., Bergman, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+photodamage+to+Escherichia+coli+in+optical+traps%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Characterization of photodamage to Escherichia coli in optical traps.</a> Biophys. J. 77, 2856-2856 (1999).</li>
<li>Chiou, P. C., Ohta, A. T., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436, 370-370 (2005).</li>
<li>Hsu, H. Y., Ohta, A. T., Chiou, P. Y., Jamshidi, A., Nealea, S. L., Wua, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phototransistor-based+optoelectronic+tweezers+for+dynamic+cell+manipulation+in+cell+culture+media%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Phototransistor-based optoelectronic tweezers for dynamic cell manipulation in cell culture media.</a> Lab Chip. 10, 165-172 (2010).</li>
<li>Righini, M., Ghenuche, P. S., Cherukulappurath, V., Myroshnychenko, F. J., Garcia de Abajo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quidant+Nano-optical+Trapping+of+Rayleigh+Particles+Escherichia+coli+Bacteria+with+Resonant+Optical+Antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Quidant Nano-optical Trapping of Rayleigh Particles Escherichia coli Bacteria with Resonant Optical Antennas.</a> Nano Letters. 9, 3387-3391 (2009).</li>
<li>Righini, M., Zelenina, A. S., Girard, C., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+and+Selective+Trapping+in+a+Patterned+Plasmonic+Landscape%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nature Physics. 3, 477-480 (2007).</li>
<li>Miao, X., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+dielectrophoresis+force+and+torque+induced+by+localized+surface+plasmon+resonance+of+a+cap-shaped+Au+nanoparticle+array%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Large dielectrophoresis force and torque induced by localized surface plasmon resonance of a cap-shaped Au nanoparticle array.</a> Opt. Lett. 32, 295-297 (2007).</li>
<li>Wilson, B. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Manipulation+of+Nanoparticles+and+Biological+Samples+through+Enhanced+Optical+Forces+%5B%5D%22">Manipulation of Nanoparticles and Biological Samples through Enhanced Optical Forces [dissertation]</a>. , University of Washington, Seattle. (2009).</li>
<li>Miao, X. Y., Wilson, B. K., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+manipulation+of+micron%2Fsubmicron+sized+particles+and+biomolecules+through+plasmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Exp%22%5BJournal%5D)">Optical manipulation of micron/submicron sized particles and biomolecules through plasmonics.</a> Optics Exp. 16, 13517-13525 (2008).</li>
<li>Wilson, B. K., Mentele, T., Bachar, S., Knouf, E., Bendoraite, A., Tewari, M., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructure-enhanced+laser+tweezers+for+efficient+trapping+and+alignment+of+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Optics.+Exp%22%5BJournal%5D)">Nanostructure-enhanced laser tweezers for efficient trapping and alignment of particles.</a> Optics. Exp. 18, 16005-16013 (2010).</li>
<li>Miao, X., Wilson, B. K., Cao, G., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+Rotation+of+Nanowires+Assisted+by+Surface+Plasmons%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Selected+Topics+in+Quantum+Electronics%22%5BJournal%5D)">Trapping and Rotation of Nanowires Assisted by Surface Plasmons.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 15, 1515-1520 (2009).</li>
<li>Miao, X. Y., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+manipulation+of+biological+particles+through+a+plasmonic+platform%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Selected+Topics+in+Quantum+Electronics%22%5BJournal%5D)">Trapping and manipulation of biological particles through a plasmonic platform.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 13, 1655-1662 (2007).</li>
<li>Miao, X. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Plasmonics+for+Micro%2FNano+Manipulation+and+Optofluidics+%5B%5D%22">Plasmonics for Micro/Nano Manipulation and Optofluidics [dissertation]</a>. , University of Washington, Seattle. (2008).</li>
</ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

המשמעות של שיטות אלה של השמנה היא שהם להפחית את עוצמת אופטי הכרחי השמנה מתמשכת ממקום בסדר גודל של 10 3 μW / 2 מיקרומטר למקום על סדר μW 10 / 2 מיקרומטר. 10,11 המגבלות על טכניקות אלו הם כי מערך nanoparticle זהב חוויות בעיות חימום שיש להתגבר עליו. כדי להתגבר על בעיה זו, מבנה 2D קריסטל פוטוניים כי מורכב של חומר דיאלקטרי ניתן להשתמש. מבנה כזה יכול תיאורטית לייצר השמנה בעוצמות אופטי נמוך ושליטה מיקרו ו ננו חלקיקים סיבוב ואת המיקום באופן מדויק ...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> חומר שם </td><td> סוג </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> הערה </td></tr><tr><td> Axio מיקרוסקופ Imager </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> מיקרוסקופ המטרה </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Zeiss מצלמה מיקרוסקופ </td><td> AxioCam MRC </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> לייזר הליום ניאון </td><td> 35 mW </td><td> מחקר אלקטרו אופטיקה </td><td></td><td></td></tr><tr><td> משתנה מחליש </td><td> משתנה ברציפות ND </td><td> ThorLabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> להתאמת עוצמת המיקרוסקופ </td></tr><tr><td> Zeiss סינון הגדר </td><td> סנן הגדר # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> סנן הגדר # 17 </td></tr><tr><td> מיקרוסקופ שקופיות </td><td> 0.5 מ&quot;מ עובי </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> העכבר 3T3 תא גרעינים </td><td></td><td colspan="2"> פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן </td><td> כמו קר ככל האפשר Store </td></tr><tr><td> Acridine צבע כתום </td><td></td><td colspan="2"> פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן </td><td></td></tr><tr><td> שור סרום אלבומין </td><td> 1-10 קיצוב של PBS </td><td colspan="2"> פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן </td><td></td></tr><tr><td> 454 ננומטר פוליסטירן לטקס התחומים </td><td></td><td> Polysciences, Inc </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimide hydrochloride (EDC) </td><td> 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> זהב (להפקדה) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> רפלקטיבית עקיפה פסק צורמת </td><td></td><td> אדמונד אופטיקה </td><td></td><td></td></tr><tr><td> בופר פוספט (PBS) </td><td> Dulbecco של פוספט שנאגרו מלוחים (D-PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

ניצול של ננו גבישים פוטוניים plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו nanoparticle משופרת

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

שיטה לתפעל את המיקום ואת הכיוון של חלקיקים submicron nondestructively יהיה כלי שימושי מאוד עבור מחקר ביולוגי בסיסי. אולי כוח פיזי הנפוצה ביותר להשיג מניפולציה לא פולשנית של חלקיקים קטנים כבר dielectrophoresis (DEP). 1 עם זאת, DEP בכוחות עצמה חסרה את צדדיות ודיוק כי הם הרצויה כאשר מניפולציה בתאי מאז זה נעשה באופן מסורתי עם אלקטרודות נייח. פינצטה אופטית, אשר מנצלים תלת מימדי שדה אלקטרומגנטי שיפוע מפעילים כוחות על חלקיקים קטנים, להשיג זאת צדדיות הרצוי דיוק. 2 עם זאת, החיסרון העיקרי של גישה זו היא עוצמת קרינה גבוהה הנדרש כדי להשיג את הכוח הדרוש כדי ללכוד חלקיק אשר עלולה לגרום נזק דגימות ביולוגיות 3 פתרון המאפשר לכידה ומיון עם עוצמות אופטיות נמוכות יותר אופטו פינצטה (OET) אבל זה OET יש מגבלות עם מניפולציה קנס של חלקיקים קטנים,.. להיות DEP מבוססי טכנולוגיה גם מכניס אילוץ על הנכס של הפתרון 4 , 5 מאמר זה יתאר וידאו שתי שיטות להקטין את עוצמת הקרינה הדרושה מניפולציה אופטית של תאים חיים וכן לתאר שיטה מלאה אוריינטציה. השיטה הראשונה היא פינצטה plasmonic אשר משתמשות זהב אקראי nanoparticle (AuNP) מערך כמו מצע למדגם כפי שמוצג באיור 1. מערך AuNP הופכת את הפוטון לתוך האירוע plasmons משטח מקומי (LSP) אשר מורכב של רגעים דיפול התהודה כי להקרין וליצור שדה קרינה בדוגמת עם שיפוע גדול פתרון התא. עבודה ראשונית על השמנה plasmon משטח משופרת על ידי Righini ואח&#39; דוגמנות שלנו הראו את השדות שנוצר על ידי המצע plasmonic להפחית את עוצמת הראשונית הנדרשת על ידי שיפור בתחום שיפוע כי מלכודות החלקיקים. 6,7,8 הגישה plasmonic מאפשר קנס התמצאות מלאה של חלקיקי תאים אליפסואידי עם עוצמות אופטי נמוך בשל המרת אנרגיה יעיל יותר אופטיים לאנרגיה מכנית שדה דיפול תלויי קרינה. שדות אלה מוצגים בתרשים 2 ואת עוצמות השמנה נמוך מפורטים נתוני 4 ו -5. הבעיות העיקריות עם פינצטה plasmonic הן כי LSP של לייצר כמות ניכרת של חום השמנה היא רק שני מימדי. חום זה יוצר זרמי הסעה ו thermophoresis אשר יכול להיות חזק מספיק כדי לגרש חלקיקים submicron מהמלכודת. 9,10 הגישה השנייה כי נתאר הוא ניצול ננו דיאלקטרי תקופתית לאור התקרית לפזר ביעילות רבה לתוך מצבי עקיפה, כפי שמוצג באיור 6 . 11 אידיאלי, אפשר היה להפוך את המבנה מתוך חומר דיאלקטרי, כדי למנוע את בעיות החימום באותו מנוסה עם פינצטה plasmonic אבל הגישה שלנו אלומיניום מצופה סריג עקיפה משמש nanostructure חד ממדיות דיאלקטרי תקופתיות. למרות זאת הוא לא מוליכים למחצה, זה לא ניסיון חימום משמעותי ביעילות לכודים חלקיקים קטנים עם השמנה בעוצמות נמוכות, כפי שמוצג באיור 7. המערך של חלקיקים עם המצע צורמת מושגית מאמת את ההנחה כי גביש 2-D פוטוניים עלולה לאפשר סיבוב מדויק של אי - כדורית חלקיקים בגודל מיקרון. 10 יעילות של אלה מלכודות אופטיות הם מוגברת בשל שדות משופר המיוצר על ידי ננו המתואר זה נייר.

פינצטה Plasmonic ננו גבישים פוטוניים מוצגים לייצר שיפורים שימושיים בשליטה היעילות ואת האוריינטציה של אופטית השמנה מיקרו ו ננו חלקיקים.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

שיטה למניפולציה של המיקום והאוריינטציה של חלקיקים סוב-מיקרוניים באופן לא הרסני תהווה כלי שימושי להפליא למחקר ביולוגי בסיסי...

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא ללכוד עצמים ביולוגיים בגודל מיקרוני באמצעות פינצטות פלסמוניות וגבישי פוטוניים. דבר זה מושג תחילה על ידי ייצור המצע הפלסמוני או המצע של הגביש הפוטוני. לאחר מכן, הדגימה הביולוגית מוכנה על ידי הוספת BSA לתמיסת התאים ויצירת מרווח הולם עבור תמיסת התאים מתחת לכיסוי הזכוכית העליון.לאחר מכן, הלייזר מיושר למיקרוסקופ, אשר הותקנה בו מערכת הסינון המתאימה. כעת המיקרוסקופ ממוקד על הדגימה והלכידה מבוצעת. לבסוף, ניתן ללכוד חלקיקים בגודל מיקרו או נאנו בעוצמה פגיעה מופחתת, בעזרת ננו-מבנים פלסמוניים או גבישים פוטוניים.היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון פינצטות אופטיות קונבנציונליות, הוא שהמרה של השדות האופטיים באמצעות ננו-מבנים פלסמוניים וגבישים פוטוניים מפחיתה את העוצמה הדרושה ללכידה של חלקיקים קטנים כמו תאים, ובנוסף היא אינה דורשת קרן ממוקדת מאוד, דבר המפחית את הסיכון לנזק פוטו-כימי של התאים כתוצאה מחשיפה לקרינה. שיטה זו עשויה לסייע במתן תשובות לשאלות מפתח בתחומים ביולוגיים רבים, כגון אינטראקציה בין תאים ובחינת כוחות שונים בביולוגיה. היא יכולה לשמש גם ככלי שימושי לייצור בננו-טכנולוגיה ומיקרו-טכנולוגיה על ידי אספקת מניפולציה מדויקת של מיקרו-וננו-חלקיקים. כדי ליצור מערך של ננו-חלקיקי זהב, השתמש במאדה e-beam ובשכבת כרום כשכבת הידבקות, ואדה זהב על כיסוי זכוכית (cover slip) לעובי של 20 nanometers.נקה את הדגימה באמצעות פלזמה של חמצן למשך כדקה אחת כדי להסיר זיהומים אורגניים מהפני השטח. לאחר השראה של השכבה היחידה (monolayer) של הפוליסטירן להתארגן עצמית, טפטף או מזג את הנוזל על הדגימה, הדגר אותה למשך כשעה, ולאחר מכן השתמש בנפח גדול של מים כדי לשטוף את הכדורים שאינם נספחים, והשאר לייבוש באוויר. לאחר התאיידות השכבה היחידה, אדה שכבה שנייה של זהב בעובי 20 nanometer על כדורי הלטקס בשכבה היחידה, כדי ליצור מערך רנדומלי של ננו-חלקיקי זהב.מערך הננו-חלקיקים מוכן כעת לדגימה הביולוגית. הניחו את שקופית הננו-חלקיקים שהוכנה על במה של מיקרוסקופ פלואורסצנטי. השלב הבא הוא הכנת גרעיני תאים של עכבר ללכידה אופטית.התחל עם גרעיני תאי עכבר המסומנים ב-aine orange כדי למנוע מהגרעינים להיצמד לתשתית. הנח את גרעיני התאים במבחנה קטנה והוסף 10% BSA ב-PBS בריכוז של BSA אחד ל-10, תוך ערבוב באמצעות וורטקס. לאחר מכן, טפטף בעזרת פיפטה חמישה µL של תמיסת ה-BSA עם הגרעינים על גבי הפיתוך המוכנה.כדי ליצור מרווח בין הגרעינים לבין לית המכסה, הנח ערימה של שני ליתי מכסה משמשים כמעצבי מרווח מסביב לטיפה, ולאחר מכן הנח לית מכסה נוסף מעל. עבור לכידה ודימוי סימולטני, השתמש בתצורת מיקרוסקופ פלואורסצנציה מותאמת אישית, הכוללת מסנן עירור מעקף ושני מפליקרים דיכרואיים מותאמים אישית. הפינצטה האופטית נבנית על ידי העברת לייזר הליום-ניאון בהספק 35 milliwatt דרך מיקרוסקופ zes axio imager D one M, המצויד בסט מסננים GFP 17, אשר שונה כדי לאפשר לקרינת לייזר של 633 nanometer להגיע לדגימה.המיקרוסקופ ימיקד את קרן הלייזר על הדגימה, ולאחר מכן הקרן תעבור עקיפה על ידי מצע הננו-חלקיקים הפלסמוניים או על ידי סריג העקיפה. כדי לדימות של גרעיני התאים, שקוטרם כחמישה מיקרון, השתמשו ב-Zeiss LDEC epi plan עם עדשה של Neola 50 x. התחילו בהנחת הדגימה על העדשה ומיקוד במישור שבו נמצא מספר הגרעינים הגדול ביותר, שכן הם מונחים על פני השטח של המצע.בשלב הבא, התמקדו במיקרוסקופ בגרעין שברצונכם ללכוד, על ידי איתור גרעיני תאים הצפים בחופשיות מעל שכבות התאים שעל פני השטח. לאחר מכן, מקמו את נקודת מלכודת הלייזר מעל החלקיק. בנקודה זו, הוא אמור להילכד ולשמור על מיקומו בנקודת הלייזר גם כאשר הבמה נעה.גרעיני העכברים שנמצאים במישור המוקד של המיקרוסקופ יסחפו ככל הנראה עם זרם מיקרו-פלואידי קל הנגרם מחימום הדגימה ומהתאיידות, אך הגרעינים במלכודת יישארו במיקום אחד. איור זה מציג מיקרוגרף של מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של ננו-חלקיקי זהב בהרכבה עצמית, שלכל אחד מהם קוטר של כ-450 ננומטרים. כאן מוצגת תמונה של מיקרוסקופיה אופטית סורקת בשדה קרוב (nearfield) של המצע הפלסמוני שבו התפלגות הננו-חלקיקים היא דלילה, המראה את הקרינה בשדה הקרוב.אורך הגל של לייזר העירור הוא 633 nanometers; כאן מוצג ספקטרום של יעילות פיזור של המצע הפלסמוני המראה שיא ב-624 nanometers. ספקטרום של יעילות בליעה של המצע הפלסמוני מראה שיא ב-668 nanometers. ננו-ספירות זהב המפוזרות באופן אקראי על פני מישור דו-ממדי של ריבוע בגודל one by one.מיקרומטרים מוצגים כאן. כל עיגול כחול מייצג את מרכז הננו-ספירה. בלוחות אלו מוצגות התפלגויות של שדה פיזור במישורי תצפית, המקבילים למערך הננו-ספירות האקראי.תרשימים אלו מציגים את עוצמות הלייזר המינימליות לשמירה על המלכוד כפונקציה של קצב הזרימה של הנוזל הסובב. באמצעות לכידה פלסמונית, כל עוצמות האור נמדדו במישור הדגימה תחת עדשת המיקרוסקופ. כל פאנל מציג את תוצאות המדידה עבור חלקיקי פוליסטרין בודדים בעלי קטרים שונים.התמונות המוכנסות מציגות את תמונות המיקרוסקופ המתאימות של החלקיקים. סריג המقياس בכל התמונות מייצג אורך של five micrometers. מוצג כאן שיפוע הקו המתואם העובר דרך הראשית בגרפים הקודמים לעומת גודל החלקיקים.עבור לכידה פלסמונית. פס השגיאה מציגים את סטיות התקן של ההתאמות הליניאריות. התוצאות מראות כי חלקיקים גדולים יותר דורשים עצימות לייזר גבוהה יותר כדי לשמור על יציבות לכידה נאותה.סכימה זו מציגה לכידה אופטית משופרת המשתמשת בננו-מבנים מחזוריים במימד אחד (1D). קרן האור הפוגעת עוברת עקיפה על ידי הננו-מבנה המחזורי בשדה רחוק. מוצגת כאן התפלגות העוצמה של האור עם שני קיטובים מאונכים על פניו של מדרג אלומיניום.עם מחזוריות של 417 ננומטר שהתקבלה באמצעות סימולציות של התחום המוגדר בשיטת ההפרשים הסופיים בזמן, ההתפלגות מנורמלת לעוצמה על פני שטח אלומיניום שטוח. דמויות אלה מראות את פוטנציאל הלכידה עבור חלקיקים הנמצאים ישירות מעל פני השטח המדורגים לעומת מיקום החלקיק. עבור חרוז פוליסטירן של CA 350 ננומטר וחרוז פוליסטירן של DA מיקרומטר אחד, העיגולים הלבנים ממחישים את גדלי החלקיקים.התמונות המוקטנות מציגות את פוטנציאל הלכידה מעל פני שטח שטוחים של אלומיניום. עבור גודל חלקיקים זהה לצורך השוואה. הערכים נורמלו עבור כל גודל חלקיק.עבור כל דגמי הסימולציה של FDTD, שדה הראייה הוא 10 על שמונה מיקרומטרים רבועים. כאן מוצגים יעילות הלכידה ועוצמת הלכידה המינימלית שנמדדו עבור חרוזי פוליסטירן בגדלים שונים, כאשר קיטוב האלומה ניצב לקווי המדרג (grading lines). התמונה המוכנסת מראה אסימטריית לכידה ביעילות הלכידה עבור העתקת חרוז פוליסטירן בגודל 3.87 מיקרומטר, בניצב ובמקביל לקווי המדרג.כאן מוצג ייצוג סכמטי של זווית התרגום של החלקיק. תמונה זו מראה את ההגברה מול כיוון התרגום עבור קיטובים וגדלי חלקיקים שונים. אסימטריה גדולה, המסומנת בקו רציף, מתקבלת עם אור פגוע המקוטב בניצב למדרג, והקו המקוקוואו.אסימטריה קטנה מתקבלת כאשר האור הפוגע מקוטב במקביל למדרג. פאנלים אלו מייצגים הדגמה של לכידת חלקיק פוליסטירן פלואורסצנטי של 590 nanometer. העיגול האדום מציין את מיקום נקודת הלייזר, כיוון שאור הלייזר היה עמום מדי כדי להיראות בתחילה.החלקיק נלכד בתוך הנקודה בעוצמה גבוהה יותר. כאשר העוצמה יורדת, התנועה בראונית של החלקיק גוברת על כוח הלכידה, מה שמאפשר לחלקיק להימלט. במקרה זה, עבור גרעין של תא סרטן שחלות פלואורסצנטי שנלכד, העוצמה המינימלית הנדרשת להבניית הלכידה הייתה 16 micro watts per micrometer squared, שהושגה באמצעות עדשת אובייקטיב 20 x.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן ליצור מלכודת אופטית בעוצמה נמוכה למניפולציה לא פולשנית של דגימות ביולוגיות בגודל מיקרו וננו, תוך שימוש במצעים בעלי ננו-מבנה פלסמוני וקריסטל פוטוני.

utilization-plasmonic-photonic-crystal-nanostructures-for-enhanced

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה.

טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית

כאן, אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic עם מומנט מגנטי חזק וספיג חזק קרוב אינפרא אדום (NIR). הפרוטוקול כולל גם נטיית נוגדן לחלקיקים דרך מחצית Fc עבור יישומים ביו שונים הדורשים מיקוד ספציפי מולקולרי.

Nanoclusters סינתזה של Immunotargeted מגנטתי plasmonic

יכולת ההרחבה והרזולוציה של טכניקות מניפולציה אופטיות קונבנציונליות מוגבלות על ידי עקיפה. אנו עוקפים את מגבלת העקיפה ומתארים שיטה להובלה אופטית של ננו-חלקיקים על פני שבב באמצעות משטח זהב בדוגמת נתיב של מהודים פלזמוניים בצורת C המרוחקים זה מזה.

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

פיזור רווי ורווי הפוך התגלו בחלקיקים פלזמוניים מבודדים ואומצו כשיטת ניגודיות חדשה ללא הלבנה במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. כאן מוסברים בפירוט ההליכים הניסיוניים של איתור וחילוץ פיזור לא ליניארי, כמו גם כיצד לשפר את הרזולוציה בעזרת מיקרוסקופ עירור רווי.

מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

אנו מתארים את הסינתזה והתכונות של ננו-חלקיקי Fe2O3-Au רב-תכליתיים המיוצרים בגישה כימית רטובה וחוקרים את תכונותיהם הפוטותרמיות באמצעות קרינת לייזר. הננו-חלקיקים המרוכבים Fe2O3-Au שומרים על התכונות של שני החומרים, ויוצרים מבנה רב תכליתי עם תכונות מגנטיות ופלזמוניות מצוינות.

Fe ההיברידי משולב<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; חלקיקי -Au עבור חימום יעיל Plasmonic

פרוטוקול לסינתזה קולואידים של nanocubes כסף ייצור של אנטנות תיקון ננו plasmonic עם פערים תת-10 ננומטר מוצג.

סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics

תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

אנו מתארים הליך ללכוד שטיחות מיקרו-חלקיקים בתוך סריג אופטי nanoplasmonic.

השמנה של חלקיקי מיקרו סריג אופטי Nanoplasmonic

אנחנו מדגימים הזיוף של מערכים nanocup זהב תקופתיים באמצעות טכניקות ליטוגרפית colloidal ולדון את החשיבות של סרטים nanoplasmonic.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

פרוטוקול לצילום אנאיזוטרופי של המשטרה על מימית-מושעה Au nanorods באמצעות הפנים מקומי פליום הריגוש מוצג.

הפקדת המשטרה על הננו-מפלסי על ידי משטח פלשני הריגוש

מוצג כאן הוא פרוטוקול לסינתזה של כסף פלדיום (Ag-Pd) חלקיקי מסגסוגת (NPs) נתמך על ZrO2 (Ag-Pd / ZrO2). מערכת זו מאפשרת קצירת אנרגיה מהקרנת אור נראה כדי להאיץ ולשלוט טרנספורמציות מולקולריות. זה מאויר על ידי הפחתת nitrobenzene תחת הקרנה קלה מזורז על ידי Ag-Pd / ZrO2 NPs.

הכנת חלקיקי כסף-פלדיום לסגסוגת עבור קטליזה פלסמונית תחת תאורת אור גלוי

למדו כיצד ללכוד חלקיקים ביולוגיים בגודל מיקרון באמצעות מלקטי פלזמון וננו-גבישים פוטוניים. השיטה משפרת את יעילות הלכידה האופטית ומאפשרת שליטה מדויקת בכיוון החלקיקים ללא נזק פוטו-תאי.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

גלה סרטונים נוספים