Name: ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-08-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 10 s
Description: למדו לייצר ולהפעיל מסוע ננו-אופטי להעברת חלקיקים דיאלקטריים תת-מיקרוניים באמצעות שדה קרוב אופטי. השיטה משתמשת במערך ליניארי של תהודות פלסמוניות לשליטה מדויקת בננו-טכנולוגיה.

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

המחברים רוצים להודות לפרופסור יוזורו טאקאשימה מאוניברסיטת אריזונה על הדיונים על הדמיה אופטית, למר קארל אורבנק על הסיוע בלייזרים בעוצמה גבוהה, ולמקס יואן על הדיונים על תנועה בראונית. המחברים שולחים תודה נוספת לפרופסור קנת קרוזייה מאוניברסיטת הרווארד על דיונים מועילים על ניסויי לכידה אופטית. המימון ניתן בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע של ארצות הברית (פרס מספר 1028372).

<ol><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping+and+Manipulation+Of+Viruses+and+Bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping and Manipulation Of Viruses and Bacteria.</a> Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).</li>
<li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+Applications+of+Optical+Forces%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Biophys.+Biomol.+Struct%22%5BJournal%5D)">Biological Applications of Optical Forces.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).</li>
<li>Neuman, K., Block, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 75 (9), 2787-2809 (2004).</li>
<li>Fazal, F. M., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Tweezers+Study+Life+Under+Tension%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Optical Tweezers Study Life Under Tension.</a> Nat. Photonics. 5 (6), 318-321 (2011).</li>
<li>Bockelmann, U., Thomen, P., Essevaz-Roulet, B., Viasnoff, V., Heslot, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unzipping+DNA+with+Optical+Tweezers%3A+High+Sequence+Sensitivity+and+Force+Flips%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Unzipping DNA with Optical Tweezers: High Sequence Sensitivity and Force Flips.</a> Biophys. J. 82 (3), 1537-1553 (2002).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping+of+Single+Protein%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping of Single Protein.</a> Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).</li>
<li>Dholakia, K., Čizm̌aŕ, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shaping+the+Future+of+Manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Shaping the Future of Manipulation.</a> Nat. Photonics. 5 (6), 335-342 (2011).</li>
<li>Grier, D. G., Roichman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holographic+Optical+Trapping%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Holographic Optical Trapping.</a> Appl. Opt. 45 (5), 880-887 (2006).</li>
<li>Korda, P. T., Taylor, M. B., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetically+Locked-in+Colloidal+Transport+in+an+Array+of+Optical+Tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Kinetically Locked-in Colloidal Transport in an Array of Optical Tweezers.</a> Phys. Rev. Lett. 89 (12), 128301(2002).</li>
<li>Pelton, M., Ladavac, K., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+Fractionation+in+Periodic+Potential-energy+Landscapes%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Transport and Fractionation in Periodic Potential-energy Landscapes.</a> Phys. Rev. E. 70 (3), 031108(2004).</li>
<li>Eriksson, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Microfluidic+System+in+Combination+with+Optical+Tweezers+for+Analyzing+Rapid+and+Reversible+Cytological+Alterations+in+Single+Cells+upon+Environmental+Changes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A Microfluidic System in Combination with Optical Tweezers for Analyzing Rapid and Reversible Cytological Alterations in Single Cells upon Environmental Changes.</a> Lab Chip. 7 (1), 71-76 (2007).</li>
<li>Applegate, R. W., Squier, J., Vestad, T., Oakey, J., Marr, D. W. M. Optical Trapping, Manipulation, and Sorting of Cells and Colloids in Microfluidic Systems with Diode Laser. 12 (19), 4390-4398 (2004).</li>
<li>MacDonald, G. C., Spalding, G. C., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Sorting+in+an+Optical+Lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Sorting in an Optical Lattice.</a> Nature. 426 (6965), 421-424 (2003).</li>
<li>Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+Control+of+Microfluidic+Components+using+Form%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">All-optical Control of Microfluidic Components using Form.</a> Nat. Mater. 4 (7), 530-533 (2005).</li>
<li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmon+Nano-optical+Tweezers.+%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Plasmon Nano-optical Tweezers. </a> Nat. Photonics. 5 (6), 349-356 (2011).</li>
<li>Kwak, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping+with+Integrated+Near-Field+Apertures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping with Integrated Near-Field Apertures.</a> J. Phys. Chem. B. 108 (36), 13607-13612 (2004).</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+%22Nat.+Phys%22%5BJournal%5D)">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nat. Phys. 3 (7), 477-480 (2007).</li>
<li>Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+Sensing+10+nm+Metal+Nanoparticles+using+Plasmonic+Dipole+Antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Trapping and Sensing 10 nm Metal Nanoparticles using Plasmonic Dipole Antennas.</a> Nano Lett. 10 (3), 1006-1011 (2010).</li>
<li>Wang, K., Schonbrun, E., Steinvurzel, P., Crozier, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+Rotating+Nanoparticles+using+a+Plasmonic+Nano-tweezer+with+an+Integrated+Heat+Sink%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Trapping and Rotating Nanoparticles using a Plasmonic Nano-tweezer with an Integrated Heat Sink.</a> Nat. Commun. 2, 469(2011).</li>
<li>Shi, X., Hesselink, L., Thornton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh+Light+Trans-+mission+through+a+C-shaped+Nanoaperture%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh Light Trans- mission through a C-shaped Nanoaperture.</a> Opt. Lett. 28 (15), 1320-1322 (2003).</li>
<li>Chen, K., Lee, A., Hung, C., Huang, J., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+Trapping+in+Two-Dimensional+Nanoscale+Plasmonic+Optical+Lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Transport and Trapping in Two-Dimensional Nanoscale Plasmonic Optical Lattice.</a> Nano Lett. 13, 4118-4122 (2013).</li>
<li>Cuche, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sorting+Nanoparticles+with+Intertwined+Plasmonic+and+Thermo-Hydrodynamical+Forces%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Sorting Nanoparticles with Intertwined Plasmonic and Thermo-Hydrodynamical Forces.</a> Nano Lett. 13, 4230-4235 (2013).</li>
<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>
<li>Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafine+and+Smooth+Full+Metal+Nanostructures+for+Plasmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultrafine and Smooth Full Metal Nanostructures for Plasmonics.</a> Adv. Mater. 22 (39), 4345-4349 (2010).</li>
<li>Kaleli, B., et al. Electron Beam Lithography of HSQ and PMMA Resists and Importance of their Properties to Link the Nano World to the Micro World. STW.ICT Conf, , 105-108 (2010).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

NOCB משלב כוחות ההשמנה חזקים וגודל מלכודת קטן של גישות plasmonic עם היכולת להעביר חלקיקים, ארוך זמינים רק לטכניקות ממוקדת-קרן קונבנציונליות. ייחודי לNOCB, התכונות השמנה והובלה של המערכת הן תוצאה של דפוסי פני השטח ולא של עיצוב אלומת התאורה. סיפק את התאורה בהירה מספיק ויכול להיות מווסת על הקיטוב או אורך הגל שלה, יכולים להיות מוחזקים חלקיקים או עברו בפרוטוקולים מסובכים על פני השטח. אנחנו הוכחנו באמצעות סימולציה שNOCB יכול גם במהירות סוג חלקיקים המבוססת על הניידות שלהם 23. ...

לכידה, חקירה ומניפולציה של חלקיקים בודדים הן של גידול חשיבות בננוטכנולוגיה. פינצטה אופטית הפכה טכניקת מניפולציה מוצלחת במיוחד עבור ניסויים בביולוגיה מולקולרית 1-4, 5-7 כימיה וננו-7-10 הרכבה, שבו הם אפשרו ניסויי פריצת דרך כגון המדידה של התכונות מכאניות של מולקולות דנ&quot;א יחידים 4 ו המיון של תאים על ידי התכונות אופטיות שלהם 11,12. תגליות בגבולות אלה לפתוח את המחקר של מערכות קטנות עוד יותר, והם עושים את הדרך להנדסה של מוצרים מועילים כמעט חדשים וטכניקות. בתורו, מגמה זו מניעה את הצורך בטכניקות חדשות כדי לתפעל חלקיקים קטנים יותר, בסיסיים יותר. בנוסף, יש דחיפה לבנות התקנים &#39;מעבדה-על-שבב &quot;כדי לבצע פעולות אלה במחיר זול יותר ובחבילה קטנה יותר על מנת להביא כימי ובדיקות ביולוגיות ממעבדה ולתוך השדה למטרות רפואיות ואחרות 13,14. לרוע המזל, השמנה קונבנציונלית אופטית (COT) לא יכולה לעמוד בכל הדרישות הגוברת של ננוטכנולוגיה. COT פועל על המנגנון של שימוש בעדשת צמצם מספרי גבוה (NA) מטרה להביא אור הלייזר למיקוד חזק, יצירת שיא מקומי בעוצמה אופטית והדרגות גבוהות באנרגית השדה האלקטרומגנטי. מילויים צפיפות אנרגיה אלה להפעיל כוח שקול על חלקיקי פיזור אור אשר בדרך כלל מושך אותם בכיוון מרכז הפוקוס. לכידת חלקיקים קטנים יותר דורשת יותר כוח אופטי או מיקוד הדוק יותר. עם זאת, אלומה ממוקדת של אור מצייתת לעיקרון של התאבכות, אשר מגביל את הגודל המינימלי של נקודת המוקד ומציב גבול עליון לשיפוע צפיפות אנרגיה. לכך יש שתי השלכות מיידיות: חפצים קטנים COT לא יכול ללכוד ביעילות, וCOT מתקשה להבחין בין חלקיקים צפופים, רזולוציה השמנהמגבלה ידועה כבעיה &quot;האצבעות השמנות&quot;. בנוסף, יישום לכידת חלקיקים מרובה עם COT דורש מערכות של אופטיקה קרן-היגוי או מאפנני אור מרחבי, רכיבים אשר באופן דרסטי להגדיל את העלות ומורכבות של מערכת לכידה אופטית. אחת דרכים לעקוף את המגבלות הבסיסיות של אלומה ממוקדת הקונבנציונלית של אור, אמרה להפיץ בשדה המרוחק, הוא לנצל במקום הדרגתיים של אנרגיה אלקטרומגנטית אופטית בתחום הקרוב. השדה ליד דועך אקספוננציאלית הרחק ממקורות של שדות אלקטרומגנטיים, מה שאומר שלא רק שזה מקומי מאוד למקורות אלה, אך היא גם מציגה הדרגתיים גבוהה מאוד בצפיפות האנרגיה שלה. השדות ליד של תהודה ננו-מתכתי, כגון פתחי עניבת פרפר, עמודי ננו, ותחריטים בצורת C, שהוכחו תערוכה ריכוזים חריגים של אנרגיה אלקטרומגנטית, משופרת עוד יותר על ידי פעולת plasmonic של זהב וכסף בכמעט infrאורכי גל הנגר ואופטיים. תהודה אלה היו בשימוש לחלקיקים קטנים מאוד מלכודת ביעילות גבוהה ורזולוציה 15-22. בעוד טכניקה זו הוכחה כיעילה בלכידת חלקיקים קטנים, יש לו גם הוכח להיות מוגבל ביכולתה להעביר חלקיקים מעל טווח ניכר, אשר הוא הכרחי אם מערכות שדה קרוב הן לממשק עם מערכות שדה רחוק או מיקרופלואידיקה. לאחרונה, הקבוצה שלנו הציעה פתרון לבעיה זו. כאשר תהודה ממוקמות קרובה מאוד זה לזה, חלקיקים יכולים בעיקרון להעביר ממלכודת אחד ליד שדה-אופטית למשנהו מבלי ששוחרר מהמשטח. הכיוון של תחבורה ניתן לקבוע אם ניתן להפעיל מלכודות סמוכות לסירוגין בנפרד. מערך ליניארי של שלוש או יותר תהודה למיעון, שבו כל מהוד הוא רגיש לקיטוב או אורך גל של אור שונה מזה של שכנותיה, עובד כמסוע אופטי, הובלת nanopartiמלקקים על פני מרחק של כמה מיקרונים על שבב. מה שנקרא &quot;ננו-האופטי המסוע &#39;(NOCB) הוא ייחודי בין תוכניות השמנה מהוד plasmonic, שלא רק שהוא יכול להחזיק חלקיקים במקום, אבל זה גם יכול להעביר אותם במהירות גבוהה לאורך מסלולים בדוגמת, לאסוף או לפזר חלקיקים, לערבב ולתור אותם, ואפילו למיין אותם לפי מאפיינים כגון הניידות שלהם 23. כל פונקציות אלה נשלטים על ידי ויסות הקיטוב או אורך הגל של תאורה, ללא צורך באופטיקה קרן-היגוי. כמלכודת אופטית שדה קרוב, NOCB השמנה רזולוציה גבוה יותר מזה של מלכודות אופטיות ממוקדת-קרן קונבנציונליות, כך שהוא יכול להבחין בין חלקיקים בסמיכות; משום שהיא משתמשת ננו-מבנה מתכת להתרכז אור להשמנה גם, זה כוח יעיל, ואינו דורש רכיבים אופטיים יקרים כגון מטרת NA גבוהה. יתר על כן, NOCBs רב עשוי להיות מופעל במקביל, בחדר עבודה של אריזה גבוההסיטי, באותו המצע, וW 1 של כוח יכול לנהוג מעל 1200 פתחי 23. יש לנו לאחרונה הפגין NOCB מונע הקיטוב הראשון, בצורה חלקה הנעת ננו-חלקיקים הלוך ושוב לאורך מסלול של 4.5 מיקרומטר 24. במאמר זה אנו מציגים את הצעדים דרושים כדי לתכנן ולייצר את המכשיר, אופטיים להפעיל אותו ולשחזר את ניסוי התחבורה. אנו מקווים כי ביצוע טכניקה זו זמינה יותר יעזרו לגשר על הפער בין גודל אופטיקה מיקרופלואידיקה, השדה הרחוק, והתקני ננו וניסויים.

<table><tbody><tr><td>HSQ e-beam resist</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>דבק אופטי לריפוי מהיר</td><td>דבק אופטי נורלנד</td><td>NOA 81</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוספירות קרבוקסיל פלואורסצנטיות</td><td>Bangs Laboratories</td><td>FC02F, FC03F</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוספירות פלואורסצנטיות קרבוקסילט ששונו</td><td>בדיקות מולקולריות</td><td>F-8888</td><td></td></tr><tr><td>קוורץ שקופיות</td><td>SPI אספקה</td><td>1020-AB</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ פלואורסצנטי הפוך</td><td>Nikon</td><td>ECLIPSE TE2000-U</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG לייזר</td><td>Lightwave אלקטרוניקה</td><td>221-HD-V04</td><td></td></tr><tr><td>מצלמת sCMOS PCO</td><td></td><td>EDGE55</td><td></td></tr><tr><td>CCD מצלמה</td><td>Watec</td><td>WAT-120N</td><td></td></tr><tr><td>צלחת חצי גל מסדר אפס</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>מים מזוקקים</td><td>Invitrogen</td><td>10977-023</td><td></td></tr><tr><td>Si Wafer</td><td>Silicon Quest International</td><td>708069</td><td></td></tr><tr><td>עדשות אופטיות</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

הטכניקה של שימוש בקרן לייזר ממוקד למלכודת ומפעיל כוחות על חלקיקים קטנים אפשרה רבות תגליות מרכזיות במדעים ביולוגיים ופיסיים בקנה מידה ננומטרי בעשורים האחרונים. ההתקדמות בתחום זה מזמינה מחקר נוסף של מערכות קטנות עוד יותר ובקנה מידה גדולה יותר, עם כלים שיכולים להיות מופץ בקלות רבה יותר ונעשו יותר זמין באופן נרחב. למרבה הצער, את חוקי היסוד של עקיפה להגביל את הגודל המינימאלי של נקודת המוקד של קרן לייזר, מה שהופך את חלקיקים קטנים יותר ממחצית אורך גל בקוטר קשה מלכודת ובדרך כלל מונע מפעיל להפלות בין חלקיקים שהם קרובים יותר ממחצית -wavelength. זה מונע את המניפולציה האופטית של ננו-חלקיקים באופן הדוק ברווח רב ומגביל את הרזולוציה של מערכות אופטיות-מכאניות. יתר על כן, מניפולציה באמצעות אלומה ממוקדת דורשת אופטיקה יוצרי קרן או היגוי, אשר יכול להיות מאוד מגושם ויקר. כדי לטפל במגבלות אלה במערכת הרחבה של המעבדה השמנה אופטית הקונבנציונלית שלנו פיתחו טכניקה חלופית אשר מנצלת אופטיקה שדה קרוב להעביר חלקיקים על פני שבב. במקום להתמקד בקרן לייזר בשדה הרחוק, השדה ליד האופטי של תהודה plasmonic מייצר שיפור עוצמת אופטית המקומי הדרוש כדי להתגבר על המגבלות של דיפרקציה ולתפעל חלקיקים ברזולוציה גבוהה יותר. תהודה מקרוב ברווח לייצר מלכודות אופטיות חזקות שניתן לטפל לתווך יד משל חלקיקים מאחד למשנהו באופן מסוע-כמו החגורה. כאן אנו מתארים כיצד לעצב ולייצר מסוע באמצעות משטח זהב בדוגמת עם תהודה C בצורת plasmonic ואיך להפעיל אותו עם אור הלייזר מקוטב להשיג מניפולציה ננו-חלקיקים ברזולוציה סופר ותחבורה. שבב מסוע ננו-אופטי יכול להיות מיוצר תוך שימוש בטכניקות ליתוגרפיה וארוז בקלות והפיץ.

איור 7 הוא תמונה של המכשיר הסופי. במרכזו של משטח זהב 1 ס&quot;מ על 1 סנטימטר הוא המטריצה ​​של דפוסי CSE ומסוע, אשר ניתן לראות בקושי ממבט בזווית. איור 6 היא תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת של דפוס הדוגמא CSE במכשיר הסופי. תנועת החלקיקים של חרוז קלקר 390 ננומטר נוסע ברחבי מיקרומטר מסוע ננו-אופטי 5 באורך מוצגת באיור 9. העקומה מציגה את עמדתה של החלקיק כפונקציה של זוו...

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.

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

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא להסיע חלקיקים דיאלקטריים תת-מיקרוניים באמצעות השדה האופטי הקרוב של מערך ליניארי של רזונטורים פלסמוניים הניתנים להכתבה, המכונה גם מסוע אופטי ננומטרי. מטרה זו מושגת תחילה על ידי תכנון המסוע באמצעות תוכנה כדי להבטיח הובלה מוצלחת לאורך המסלול הרצוי. כשלב שני, יש לייצר את המסוע באמצעות תהליך ליתוגרפיה של אלומת אלקטרונים וטכניקת קילוף תבנית.בשלב הבא, לכדו דגימה בקצה מסוע ההובלה באמצעות לייזר וסובבו לוח רבע-גל בנתיב הקרן כדי להשרות הובלה של החלקיק. התוצאות מראות הובלה ליניארית לרוחב קרן הלייזר על בסיס סיבוב זווית הקיטוב ולא על ידי שינוי פרופיל עוצמת הקרן בכל דרך שהיא. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני פינצטות אופטיות קונבנציונליות הוא שהתנהגות ההובלה והרזולוציה תלויות במבנים שיוצרו באמצעות ליתוגרפיה ולא בהכוונת הקרן.ניתן להחיל טכניקה זו על ניתוח ביולוגי על גבי שבב ועל ייצור בננו-קנה מידה. הרעיון לשיטה זו עלה לראשונה כאשר בחנו שימושים לשדה הרחוק האופטי הנוצר על ידי מפתח ים. את הפרוצדורה תדגים טיפאני וונג, סטודנטית לתואר שני במעבדה שלנו. ראשית, השתמשו בתוכנת CAD כדי להפיק מערך ליניארי כפול של פוליגונים בצורת CS לאורך נתיב ליניארי.תכננו את הפוליגון בכל זוג כך שיהיו מסובבים באופן עקיב ב-30 פלוס או מינוס 90 מעלות סביב הקליפה הקמורה (convex hull) שלהם. השאירו רווח

fabrication-and-operation-of-a-nano-optical-conveyor-belt

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

כתיבה ישירה femtosecond ליזר משמשת לעתים קרובות כדי ליצור דפוסים תלת ממדים (3D) בפולימרים וכוסות. עם זאת, דפוסי מתכות ב-3D עדיין מהוות אתגר. אנו מתארים שיטה לבודת ננו כסף שנתקע בתוך מטריצת פולימר באמצעות ליזר femtosecond המרוכז ב 800 ננומטר.

שיטה לפברק ננו כסף המנותק ב-3D

את פרטי גישת ההתקנה הבאות השמנה אופטית צריכת חשמל נמוכה של חלקיקי דיאלקטרי שימוש כפול nanohole בסרט מתכת.

לכידה אופטית של חלקיקים

אנו מתארים את השיטה הניסיונית להפקיד סרטים דקים תחמוצת nanostructured ידי תצהיר ליזר פעם שבריר שני (PLD) בנוכחות גז רקע. באמצעות שיטה זו אל מסומם ZnO סרטים (אזו), מקומפקטית לצורה היררכית כמו יערות ננו עץ, יכול להיות מופקד.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

טכניקת התייחסות אינטרפרומטר, שנועד להסיר רעש להתעצבן לייזר רצוי לnanodetection, הוא מנוצל לחיטוט microcavity גורם איכות גבוהה במיוחד. הוראות להרכבה, התקנה, ורכישת נתונים מסופקות, לצד תהליך המדידה לציון גורם איכות החלל.

יישום של אינטרפרומטר הפניה לNanodetection

עירורים אופטו-מכניים פרמטריים הודגמו לאחרונה בניסוי בתהודה אופטומכנית מיקרופלואידית באמצעות לחץ קרינה אופטי ופיזור ברילואין מגורה. מאמר זה מתאר את הייצור של מהודים מיקרופלואידיים אלה יחד עם מתודולוגיות ליצירה ואימות של תנודות אופטומכניות.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

אנו מדווחים על פרוטוקול לשילוב המטרולוגיה האטומית של מיקרוסקופ המנהור הסורק לדפוס פני השטח עם שקיעת שכבה אטומית סלקטיבית ותחריט יונים תגובתי. באמצעות תהליך חזק הכולל חשיפות אטמוספריות רבות והובלה, ננו-מבנים תלת מימדיים עם מטרולוגיה אטומית מיוצרים.

ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

כדי לחקור גישות ייצור פשוטות לצרכי בדיקה מרובים, יצרנו מערכת תעלות סופגת נוזלים העשויה מחומר כותנה. מכשיר זה שימש להקמת פלטפורמת זיהוי מרובה, ולפתרון בעיות זיהום המשפיעות בדרך כלל על מכשירים ביו-רפואיים מבוססי זרימה רוחבית, לבדיקת שתן קלינית של ניטריט, חלבון כולל ואורובילינוגן.

בודה כותנה התקנים אנליטית

אנו מציגים פרוטוקול עבור בודה חללים גבישים פוטוניים 1-D על סיבי סיליקה בקוטר subwavelength (nanofibers אופטי) באמצעות אבלציה לייזר המושרה femtosecond.

המצאה של 1-D פוטוניים Crystal חלל על nanofiber שימוש Femtosecond אבלציה לייזר המושרה

כאן, אנו מציגים עבור הזיוף של צלחות nanopattern מעבר צבע באמצעות nanoimprinting תרמי ואת שיטת הקרנה התגובות של האדם ובתאים אנדותל nanostructures פרוטוקול. באמצעות הטכנולוגיה המתואר, זה אפשרי לייצר לפיגום שיכול להשפיע על התנהגות התא על ידי הגירויים הפיזיים.

ייצור של מעבר צבע Nanopattern על ידי טכניקת Nanoimprinting תרמית והקרנת התגובה של תאים אנושיים המושבה יוצרי אנדותל

Nanorods זהב plasmonic יכול להיות לכוד בתוך נוזלים, מסובב בתדרים kHz באמצעות מלקחיים אופטיים מקוטב באופן מעגלי. היכרות עם כלים dynamics בראונית ניתוח של scatteringspectroscopy אור מוביל מערכת חזקה עבור מחקר ויישום בתחומים רבים של המדע.

הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב

אנו מדגימים הייצור של ערוצי ננו-גובה עם שילוב של התקנים משטח אקוסטית גל התקן על ליתיום niobate אקוסטית עבור nanofluidics המראה באמצעות פוטוגרפיה, ננו-עומק בחריטה על האור, ו-טמפרטורת החדר פלזמה הפעלה מרובת שכבות של משטח של ליתיום niobate חד-גביש, תהליך שימושי באופן דומה כדי מליטה ליתיום niobate תחמוצות.

הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה

למדו לייצר ולהפעיל מסוע ננו-אופטי להעברת חלקיקים דיאלקטריים תת-מיקרוניים באמצעות שדה קרוב אופטי. השיטה משתמשת במערך ליניארי של תהודות פלסמוניות לשליטה מדויקת בננו-טכנולוגיה.

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

גלה סרטונים נוספים