Name: הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: למד כיצד ליצור ולמדוד סיבוב ומומנט בקנה מידה ננומטרי באמצעות מלקחיים אופטיים מקוטבים מעגלית. השיטה מאפשרת סיבוב יציב של ננורודים זהובים בתדרים גבוהים לניתוח דינמיקת בראונית ותכונות אופטיות.

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

עבודה זו נתמכה על ידי את קנוט, אליס ולנברג קרן, המועצה למחקר השבדי האזור צ'אלמרס מראש וננו -טכנולוגיה.

<ol><li>Andrén, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+photothermal+effects+on+optically+trapped+gold+nanorods+by+simultaneous+plasmon+spectroscopy+and+brownian+dynamics+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Probing photothermal effects on optically trapped gold nanorods by simultaneous plasmon spectroscopy and brownian dynamics analysis.</a> ACS Nano. 11 (10), 10053-10061 (2017).</li>
<li>Shao, L., Yang, Z. -J., Andrén, D., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanorod+rotary+motors+driven+by+resonant+light+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Gold nanorod rotary motors driven by resonant light scattering.</a> ACS Nano. 9 (12), 12542-12551 (2015).</li>
<li>Lehmuskero, A., Ogier, R., Gschneidtner, T., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+spinning+of+gold+nanoparticles+in+water+using+circularly+polarized+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Ultrafast spinning of gold nanoparticles in water using circularly polarized light.</a> Nano Letters. 13 (7), 3129-3134 (2013).</li>
<li>Šípová, H., Shao, L., Odebo Länk, N., Andrén, D., Käll, M. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.8b00034">Photothermal DNA release from laser-tweezed individual gold nanomotors driven by photon angular momentum.</a> ACS Photonics. , (2018).</li>
<li>Hajizadeh, F., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=optica-4-7-746">Brownian fluctuations of an optically rotated nanorod.</a> Optica. 4 (7), 746-751 (2017).</li>
<li>Tong, L., Miljkovic, V. D., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alignment%2C+rotation%2C+and+spinning+of+single+plasmonic+nanoparticles+and+nanowires+using+polarization+dependent+optical+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Alignment, rotation, and spinning of single plasmonic nanoparticles and nanowires using polarization dependent optical forces.</a> Nano Letters. 10 (1), 268-273 (2009).</li>
<li>Lehmuskero, A., Li, Y., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+particles+set+into+fast+orbital+motion+by+an+optical+vortex+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Plasmonic particles set into fast orbital motion by an optical vortex beam.</a> Optics Express. 22 (4), 4349-4356 (2014).</li>
<li>Lehmuskero, A., Johansson, P., Rubinsztein-Dunlop, H., Tong, L., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+trapping+of+colloidal+metal+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Laser trapping of colloidal metal nanoparticles.</a> ACS Nano. 9 (4), 3453-3469 (2015).</li>
<li>Shao, L., Käll, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201706272/full">Light-driven rotation of plasmonic nanomotors.</a> Advanced Functional Materials. , In Press (2018).</li>
<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+letters%22%5BJournal%5D)">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Optics letters. 11 (5), 288-290 (1986).</li>
<li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+scientific+instruments%22%5BJournal%5D)">Optical trapping.</a> Review of scientific instruments. 75 (9), 2787-2809 (2004).</li>
<li>Chu, S., Hollberg, L., Bjorkholm, J. E., Cable, A., Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+viscous+confinement+and+cooling+of+atoms+by+resonance+radiation+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional viscous confinement and cooling of atoms by resonance radiation pressure.</a> Physical Review Letters. 55 (1), 48(1985).</li>
<li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+metallic+Rayleigh+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of metallic Rayleigh particles.</a> Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).</li>
<li>Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stretching+DNA+with+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Stretching DNA with optical tweezers.</a> Biophysical journal. 72 (3), 1335-1346 (1997).</li>
<li>Friese, M. E. J., Nieminen, T. A., Heckenberg, N. R., Rubinsztein-Dunlop, H. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/nature/journal/v394/n6691/abs/28566.html">Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles.</a> Nature. 394 (6691), 348-350 (1998).</li>
<li>Gao, W., Wang, J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/nr/c4nr03124e">Synthetic micro/nanomotors in drug delivery.</a> Nanoscale. 6 (18), 10486-10494 (2014).</li>
<li>Li, M., Lohmüller, T., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+injection+of+gold+nanoparticles+into+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical injection of gold nanoparticles into living cells.</a> Nano Letters. 15 (1), 770-775 (2014).</li>
<li>Nelson, B. J., Kaliakatsos, I. K., Abbott, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microrobots+for+minimally+invasive+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+review+of+biomedical+engineering%22%5BJournal%5D)">Microrobots for minimally invasive medicine.</a> Annual review of biomedical engineering. 12, 55-85 (2010).</li>
<li>Balk, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kilohertz+rotation+of+nanorods+propelled+by+ultrasound%2C+traced+by+microvortex+advection+of+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Kilohertz rotation of nanorods propelled by ultrasound, traced by microvortex advection of nanoparticles.</a> ACS Nano. 8 (8), 8300-8309 (2014).</li>
<li>Chen, H., Shao, L., Li, Q., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanorods+and+their+plasmonic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Gold nanorods and their plasmonic properties.</a> Chemical Society Reviews. 42 (7), 2679-2724 (2013).</li>
<li>Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMaier%2C+SA+%22Plasmonics%3A+fundamentals+and+applications%22">Plasmonics: fundamentals and applications</a>. , Springer Science & Business Media. (2007).</li>
<li>Xu, H., Bjerneld, E. J., Käll, M., Börjesson, L. <a target="_blank" href="https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.83.4357">Spectroscopy of single hemoglobin molecules by surface enhanced Raman scattering.</a> Physical Review Letters. 83 (21), 4357(1999).</li>
<li>Chen, H., Kou, X., Yang, Z., Ni, W., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape-and+size-dependent+refractive+index+sensitivity+of+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Shape-and size-dependent refractive index sensitivity of gold nanoparticles.</a> Langmuir. 24 (10), 5233-5237 (2008).</li>
<li>Ruijgrok, P. V., Verhart, N. R., Zijlstra, P., Tchebotareva, A. L., Orrit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brownian+fluctuations+and+heating+of+an+optically+aligned+gold+nanorod%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Brownian fluctuations and heating of an optically aligned gold nanorod.</a> Physical Review Letters. 107 (3), 037401(2011).</li>
<li>Pelton, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+alignment+of+single+gold+nanorods+by+using+plasmon+resonances%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and alignment of single gold nanorods by using plasmon resonances.</a> Optics Letters. 31 (13), 2075-2077 (2006).</li>
<li>Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expanding+the+optical+trapping+range+of+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Expanding the optical trapping range of gold nanoparticles.</a> Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).</li>
<li>Ni, W., Ba, H., Lutich, A. A., Jäckel, F., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+Single-Nanoparticle+Surface-Chemistry+by+Plasmonic+Overheating+in+an+Optical+Trap%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Enhancing Single-Nanoparticle Surface-Chemistry by Plasmonic Overheating in an Optical Trap.</a> Nano Letters. 12 (9), 4647-4650 (2012).</li>
<li>Liu, M., Zentgraf, T., Liu, Y., Bartal, G., Zhang, X. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nnano.2010.128">Light-driven nanoscale plasmonic motors.</a> Nature nanotechnology. 5 (8), 570-573 (2010).</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+birefringence%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">All-optical control of microfluidic components using form birefringence.</a> Nature Materials. 4 (7), 530-533 (2005).</li>
<li>Jones, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19856981">Rotation detection in light-driven nanorotors.</a> ACS Nano. 3 (10), 3077-3084 (2009).</li>
<li>Bonin, K. D., Kourmanov, B., Walker, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+torque+nanocontrol%2C+nanomotors+and+nanorockers%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Light torque nanocontrol, nanomotors and nanorockers.</a> Optics Express. 10 (19), 984-989 (2002).</li>
<li>Arita, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotational+dynamics+and+heating+of+trapped+nanovaterite+particles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Rotational dynamics and heating of trapped nanovaterite particles.</a> ACS Nano. 10 (12), 11505-11510 (2016).</li>
<li>Lee, Y. E., Fung, K. H., Jin, D., Fang, N. X. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1405.0239">Optical torque from enhanced scattering by multipolar plasmonic resonance.</a> Nanophotonics. 3 (6), 343-350 (2014).</li>
<li>Kyrsting, A., Bendix, P. M., Stamou, D. G., Oddershede, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heat+profiling+of+three-dimensionally+optically+trapped+gold+nanoparticles+using+vesicle+cargo+release%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Heat profiling of three-dimensionally optically trapped gold nanoparticles using vesicle cargo release.</a> Nano Letters. 11 (2), 888-892 (2010).</li>
<li>Andres-Arroyo, A., Wang, F., Toe, W. J., Reece, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+heating+in+optically+trapped+au+nanoparticles+measured+by+dark-field+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Intrinsic heating in optically trapped au nanoparticles measured by dark-field spectroscopy.</a> Biomedical Optics Express. 6 (9), 3646-3654 (2015).</li>
<li>Ye, X., Zheng, C., Chen, J., Gao, Y., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+binary+surfactant+mixtures+to+simultaneously+improve+the+dimensional+tunability+and+monodispersity+in+the+seeded+growth+of+gold+nanorods%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods.</a> Nano Letters. 13 (2), 765-771 (2013).</li>
<li>Arias-González, J. R., Nieto-Vesperinas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+forces+on+small+particles%3A+attractive+and+repulsive+nature+and+plasmon-resonance+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22JOSA+A%22%5BJournal%5D)">Optical forces on small particles: attractive and repulsive nature and plasmon-resonance conditions.</a> JOSA A. 20 (7), 1201-1209 (2003).</li>
<li>Berg-Sörensen, K., Flyvbjerg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Power+spectrum+analysis+for+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Power spectrum analysis for optical tweezers.</a> Review of Scientific Instruments. 75 (3), 594-612 (2004).</li>
<li>Gittes, F., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+model+for+back-focal-plane+displacement+detection+in+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Interference model for back-focal-plane displacement detection in optical tweezers.</a> Optics Letters. 23 (1), 7-9 (1998).</li>
<li>Verre, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metasurfaces+and+colloidal+suspensions+composed+of+3D+chiral+Si+nanoresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Metasurfaces and colloidal suspensions composed of 3D chiral Si nanoresonators.</a> Advanced Materials. 29 (29), (2017).</li>
<li>Verre, R., Odebo Länk, N., Andrén, D., Šípová, H., Käll, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201701253/abstract">Large-scale fabrication of shaped high index dielectric nanoparticles on a substrate and in solution.</a> Advanced Optical Materials. , In Press (2018).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

הגדרת השמנה אופטי שמתואר פרוטוקול זה בנוי סביב מיקרוסקופ הפוכה מסחרי ומשתמש אור לייזר אדום. עם זאת, טכניקות המתוארים הם מגוונים, ניתן להשתמש כדי לבנות מלקחיים אופטיים מקוטב באופן מעגלי סביב מיקרוסקופים הכי מסחרי או מתוצרת בית, שניהם זקופים, הפוכה, עם רק קלה שינויים. ניתן לבחור את אורך הגל של הלייזר השמנה בתוך הספקטרום ניר רחב גלוי–, כל עוד שארית רכיבים אופטיים וגלאי מתפקדים ובאורך הגל הספציפי הזה. יחד עם זאת, בעת בחירת אורך גל לייזר, בקרבת ספקטרלי מגנטיים של החלקיקים להיות מתומרן וגודל יש לקחת בחשבון כי זה ישפיע על השמנה אופטי כוחות ועל ביצועים סיבוב2,5, סדר הגודל של photothermal אפקטים1ו- יציבות השמנה26. בהצלחה בעבר עבדנו עם פינצטה מקוטב באופן מעגלי לייזר באמצעות לייזר אורכי הגל של 660, 785, 830 1064 ננומטר.
אחד המרכיבים החשובים ביותר של ההתקנה השמנה אופטי הוא המטרה מיקרוסקופ. המטרה של פרוטוקול זה היא מטרה יבש עם NA = 0.95. השימוש של מטרה יבש הוא השפעול הבנה פשוטה של ההתקנה; עם זאת, הדבר עלול להוביל סטיות אופטי עקב שבירה ממשקי תא הדגימה. במקרה הנוכחי, התוצאה היא נקודת המוקד מעט מוגדלת (~1.2 מיקרומטר) לעומת המגבלה עקיפה (~0.4 מיקרומטר), אך אפשרות זו אינה משנה באופן משמעותי את הביצועים הכללי או חוגה של הפלטפורמה. שבעיקרון מגוון רחב של מטרות מיקרוסקופ יכול להיות בשימוש, סיפק שלהם שידור טוב על הגל השמנה, תחזוקה טובה קיטוב, מספיק זמן ומרחק עבודה לבצע השמנה דרך מיקרוסקופ כיסוי slip שכבה של מים. במקרה של השמנה 2D, NA יכול להיות נמוך יחסית, אשר הופך את הניסוי כולו פשוט ומספק כלי הניקוי קיטוב מעגלי בפוקוס. עם זאת, הכוחות לייזר ייתכן שיהיה צורך יותר במקרה של מטרה נה גבוהה. מניסיוננו, הביצועים הטובים ביותר להשמנה, ספקטרוסקופיה סיבוב ושדה כהה מתקבל עם מטרות עם נה 0.7-0.95, אך ניתן להשתמש מטרות נה נמוך יותר, כמו גם גבוה יותר.
כדי להשיג פוטון טוב מידות המתאם לאופקית, גלאי מהר פיקסל בודד-נחוץ. בחרו גלאי עם רוחב פס לפחות שניים, רצוי עשר, פעמים גבוה יותר מאשר תדירות הסיבוב הצפוי מוכפל את צורת מקרה מנוון גורם ורגישות גבוהה הגל השמנה בשימוש. רסיברים צילום סי מוגבר, פוטון יחיד סופר APDs, PMTs שימשו עם הצלחה setups שונים במעבדות שלנו. ניתן לקבל פרטים נוספים, לדוגמה על מלכודת נוקשות, על ידי מדידת וניתוח הזחה translational חלקיקים באמצעות טכניקות ומבוססת כגון ניתוח ספקטרלי כוח5. מספר הפרסומים הקודמים מתארים וריאציות שונות של38,זו טכניקה39. DF ספקטרוסקופיה יכול להתבצע באמצעות מגוון רחב חינם-רווח או סיבים מצמידים ספקטרומטרים ואת הבחירה צריכה להתבסס על טווח הספקטרום, אורך גל, רזולוציה טמפורלית לצורך המחקר המתוכנן.
בעת ביצוע ניסוי השמנה, חלקיקים נוספים עשויים בטעות ייכנס למלכודת. זה ניתן להבחין באמצעות ניטור תדר הסיבוב אשר משתנים חריפה בשל ההפרעה. בדיקה ויזואלית על ידי מיקרוסקופ DF יכול לשמש כדי לוודא המצאות חלקיקים נוספים, ובמקרה ניתן להעביר את הבמה כדי למנוע הפרעה או הניסוי צריך להפעיל מחדש.
המערכת שתוארה לעיל היא דרך פשוטה ויעילה להבין כליאה 2D וסיבוב של חלקיקים מתכתיים. עם זאת, עבור יישומים מסוימים, החופש של תואר נוסף עבור מניפולציה שמגיע עם השמנה תלת-ממד חשוב, ולכן התצורה הנוכחית מגבלה. עם זאת, כליאה 3D וסיבוב ייתכן ניתנים להשגה על-ידי ניצול נגד הפצת לייזר פינצטה או תצורות השמנה אקזוטי יותר.
למרות ניתן למטב את הפרמטרים של חלקיקים ומערכת שנדונו כאן כדי להפחית photothermal חימום מתחת K ~ 154, העלייה בטמפרטורה המשויך plasmonic עירור של חלקיקי מתכת יכול להיות בעייתיים מסוימים יישומים. מסלול אפשרי לקראת הפחתת החום נוספת היא להשתמש חלקיקים מבודד גבוהה-אינדקס במקום חלקיקים plasmonic. חלקיקים כאלה תמיכה חזקה מסוג Mie פיזור מגנטיים אבל באותו זמן התערוכה מקדמי ספיגה פנימית נמוכה. לאחרונה היינו מסוגלים לייצר colloidal חלקיקי סי התהודה עשוי להוכיח שימושי40,41זה כבוד.

השיטות שהוצגו במאמר זה משכפל אלו המשמשים שלנו בעבודה הקודמת1 ללמוד ננו photothermal אפקטים המשפיעים על מנועים רוטרי מונחה-אור nanorod זהב. גרסאות של פלטפורמת ניסיוני שימש מספר פרסומים הקשורים2,3,4,5,6,7,8, 9.
מלקחיים אופטיים נמצאים בשימוש נרחב עבור שליטה העברת מיקום, כוח ו תנע קווי-פיסיקליות קטן ב פיזיקה, ביולוגיה, הנדסה10,11,12,13,14 . יכול להיות מועסק תנע זוויתי נישא על ידי אור מקוטב באופן מעגלי עבור בקרת תנועה נוספים כי זה להעביר מומנט אובייקטים לכוד15ברציפות. על ידי שילוב תמסורת אופטית ליניארי, תנע זוויתי, אז זה אפשרי לבנות לא פולשנית רוטרי nanomotors עם פוטנציאל ליישומים מגוונים, כגון משלוח סמים לתוך16,תאים בודדים17, ננו ניתוח18, nanofluidics הפעילה19, בין השאר.
באמצעות חלקיקים מתכתיים כמו הנושא של טיפול מונע אור, אחד יכולים לנצל את היתרונות של מקומי פלזמון משטח מגנטיים (LSPR של), המספקות חתכי רוחב אופטי גדול, רגישות גבוהה שינויים סביבתיים, תחום רחב שיפורים20,21,22,23. זה הוביל שפע של מחקרים על הגבול בין פלזמוניקה מניפולציה אופטי8,24,25,26,27. האינטראקציה אור-חומר חזק שמספק LSPR אפשרה לנו לעצב פלטפורמה איפה לייזר מקוטב באופן מעגלי פינצטה מסוגלים לנהוג nanorods זהב לסובב בתדרים סיבוב התקליטים מים2. על ידי מעקב של תנועה בראונית של nanorod מסתובב, מידע מפורט אודות הסביבה והטמפרטורה שלו ניתן להשיג3,5. ניתוח spectroscopic בו זמנית מספק ערוץ מידע עצמאי נוסף עבור ניתוח שהטמפרטורה ויציבות מורפולוגי של nanorod סיבוב1. מגוון רחב של מערכות ותצורות שימשו לימוד ויישום לאופקית ב מלקחיים אופטיים, יצירת תובנות חשובות בתוך29,30 28,15,שדה , 31 , 32. עם זאת, רוב המחקרים הללו התמודדו עם אובייקטים מספר מיקרון בזמן nanorod יחיד נותן גישה המשטר בגודל ננומטר. יתר על כן, כאשר זהב nanorods משמשים את nanomotor סיבוביים, מומנט כוח ביעילות מועבר בעיקר באמצעות פיזור2,33. פעולה זו מפחיתה את הסיכון של התחממות יתר חלקיקים לכוד3,34,35.
בהשיטה הבאה, אנחנו חלוקה לרמות את הצעדים הדרושים כדי לבנות מערכת מסוגלת השמנה אופטי יעילים וסיבוב של חלקיקי מתכת. Nanorods זהב נחשב במחקרים אלה יש פיזור גבוה חתכי רוחב, הלחץ קרינה הופך להיות חזק יותר הכוח הדרגתיות מבטלת בכיוון התפשטות. להגבלת עדיין החלקיקים ב- 3D, אנו מנצלים את האיזון בכוח בין סלידה הקולומבית ממשטח הזכוכית ואת הכוח פיזור לייזר בכיוון התפשטות. תצורה זו 2D-השמנה מאוד מרחיבה את טווח החלקיקים ללכידה, לעומת תקן מלקחיים אופטיים תלת-ממד, זה יכול להיות משולב בקלות עם הדמיה אופטית כהה-שדה וספקטרוסקופיה.
Nanoparticle מתכת לכוד על אינטראקציה עם הסביבה, מידע מפורט אודות אינטראקציה זו מכילה את התנועה ואת תכונות ספקטרליות. לאחר המתארות כיצד לבנות את מלקחיים אופטיים מקוטב באופן מעגלי, אנחנו ולכן גם חלוקה לרמות איך לשלב אינסטרומנטציה עבור חיטוט דינמיקה סיבובית, מדידת ספקטרום פיזור ריילי בכיוונון ניסיוני. התוצאה היא פלטפורמה תכליתי ללימודי התופעות סיבוב ננו, פיזיקה, כימיה וביולוגיה.
פרוטוקול זה מבוסס על ההנחה כי החוקר יש גישה מתאימה colloidal חלקיקי מתכת, רצוי אחת nanorods זהב גבישי. Nanorods זהב שניתן לרכוש מחברות מיוחדות או מסונתז בית בשיטת רטוב-כימיה. Nanorods שימוש בניסויים שלנו נעשו על ידי שיטת גידול בתיווך זרע שמתואר Ye et al. 201336. זה יתרון אם התכונות האופטיות של חלקיקים ומורפולוגיה טוב מאופיינים, לדוגמה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM) ומדידות הכחדה אופטי. איור 1 מציג נתוני הקליטה של מדידות כאלה nanorod נציג סוגים1.
חלוקה לרמות של הפרוטוקול הוא כדלקמן: בחלק הראשון, אנו מתארים את בניית הפינצטה אופטי מבוסס על קיטוב מעגלי. במקטע השני, אנו נתאר כיצד לחלץ מידע nanomotor ע י הקלטת דינמיקה סיבובית ומאפיינים הפיזור שלו. תדירות הסיבוב, של תנועה בראונית הסיבוב של החלקיק לכוד נמדד באמצעות פוטון המתאם ספקטרוסקופיה לפי להקרין אור לייזר backscattered מתערבבת עם מקטב ליניארי על גלאי מהר פיקסל בודד-3. על-ידי הזזת את הנתונים לכל פונקציה autocorrelation תיאורטיים, תדירות הסיבוב והן הזמן דעיכה של פעפוע בראונית המסתובבת יכול להיות חילוץ2,3. מאפייני לכוד על ננו-חלקיק אופטי נמדדים באמצעות שדה אפל ספקטרוסקופיה, אשר מספק מידע משלים על החלקיק ואת סביבתו. בחלק השלישי, אנו מתארים הליך ניסיוני השמנה והסיבוב של nanorods זהב.
הפרוטוקול המתואר עד לנקודה זו הוא נתיב ישיר למערכת מלקחיים אופטיים מקוטב באופן מעגלי מתפקדת עבור סיבוב nanoparticle. עם זאת, לעיתים מתעוררות בעיות תשומת נוספים לפי דרישה. בחלק הרביעי, אנו מכינים כמה מן הבעיות הנפוצות נתקלנו וכיצד לטפל בהם. אלה כוללים נושאים הקשורים nanoparticle התכונות האופטיות המוביל אל מלכודת המסכן יציבות (4.1), נמוך תדירויות הסיבוב עקב קיטוב מעגלי שיוצרת הנגרמת על ידי שבירה כפולה beamsplitter (4.2), דבק של חלקיקים במשטח זכוכית עקב דחיה הקולומבית לא מספיקות (4.3), סטייה האות autocorrelation אופיינית (4.4).

<table><tbody><tr><td>ננו-חלקיקי</td><td></td><td></td> זהב <td>מיקרוסקופ הפוך מסחרי שנרכש או ביתי</td></tr><tr><td></td><td>ניקון</td><td>אקליפס TI</td><td></td></tr><tr><td>לכידת לייזר</td><td>קובולט</td><td>פלמנקו 05-01&nbsp;</td><td>660 ננומטר</td></tr><tr><td>מטרה</td><td>Nikon</td><td>CFI Plan Apo Lambda 40X</td><td></td></tr><tr><td>בטיחות לייזר גוגל</td><td>Thorlabs</td><td>LG4</td><td></td></tr><tr><td>מגוון רכיבים אופטומכניים להרכבת אופטיקה.</td><td></td><td></td><td>מגוון תושבות, עמודים ורכיבים מכל חברה</td></tr><tr><td>עדשה 1 טלסקופ קפלרי</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-035-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>עדשה 2 טלסקופ קפלר</td><td>Thorlabs</td><td>LA1725-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>מראות מצופות כסף</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>תושבות מראה קינמטיות</td><td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td></td></tr><tr><td>שלב תרגום</td><td>Thorlabs</td><td>PT1/M</td><td>כמות: 2</td></tr><tr><td>50/50 R/T Beamsplitter</td><td>Chroma</td><td>21000</td><td></td></tr><tr><td>CMOS מצלמה</td><td>Andor</td><td>Zyla 5.5</td><td></td></tr><tr><td>רבע לוחית גל (QWP, &lambda;/4)</td> <td>Thorlabs</td><td>AQWP05M-600</td><td></td></tr><tr><td>מד כוח</td><td>Thorlabs</td><td>PM100USB</td><td></td></tr><tr><td>חיישני כוח פוטודיודה</td><td>Thorlabs</td><td>S121C</td><td></td></tr><tr><td>מקטב ליניארי</td><td>Thorlabs</td><td>LPVIS050</td><td>למדידת קיטוב לייזר</td></tr><tr><td>360&deg; תושבת סיבוב</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>חצי לוחית גל (HWP, &lambda;/2)</td> <td>Thorlabs</td><td>AHWP05M-600</td><td>בשימוש אם הקיטוב אינו מספיק רק עם</td></tr><tr><td>מעבה DF שמן</td> QWP שמן <td>ניקון</td><td>C-DO שמן מעבה שדה כהה&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>30/70 R / T Beamsplitter</td><td>Chroma</td><td>21009</td><td></td></tr><tr><td>גלאי Si מהיר</td><td>Thorlabs</td><td>PDA36A-EC</td><td></td></tr><tr><td>מודול רכישת נתונים</td><td>מכשירים לאומיים</td><td>USB-6361</td><td></td></tr><tr><td>סיבים 400 ומיקרו; m גודל ליבה</td><td>Thorlabs</td><td>M74L01</td><td></td></tr><tr><td>תושבת תרגום xy</td><td>Thorlabs</td><td>LM1XY/M</td><td></td></tr><tr><td>מקטב ליניארי</td><td>Thorlabs</td><td>ספקטרומטר LPVIS050</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Princeton Instruments&nbsp;</td><td>איזופליין SCT320&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>מצלמת CCD לספקטרומטר</td><td>Princeton Instruments&nbsp;</td><td>פילון&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>מסנן חריץ</td><td>Semrock</td><td>NF03-658E-25</td><td></td></tr><tr><td>מסנן חריץ</td><td>Thorlabs</td><td>NF658-26</td><td></td></tr><tr><td>אמבט מנקה אולטרסאונד</td><td>ברנסון</td><td>ברנסון 3510&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>שקופית מיקרוסקופ</td><td>טד פלה</td><td>260202</td><td></td></tr><tr><td>מס' 1.5 כיסויים</td><td>VWR</td><td>630-2873</td><td></td></tr><tr><td>אצטון</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>איזופרופנול</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>חומר ניקוי בסיסי</td><td></td><td>Hellma Hellmanex III</td><td>ניקוי אם הדבקת חלקיקים היא בעיה</td></tr> מרווח <tr><td>איטום מאובטח</td><td>תרמו פישר</td><td>S24735</td><td>סרט מרווח עם חור, להכנת תא לדוגמא</td></tr><tr><td>שמן טבילה</td><td>Zeiss</td><td>444960-0000-000&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PS חרוזים</td><td>Microparticles GmbH</td><td>PS-R-5.0</td><td></td></tr><tr><td>ספקטרופוטומטר</td><td>Agilent</td><td>Cary 5000 UV-VIS-NIR</td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>Zeiss</td><td>Ultra 55 FEG SEM</td><td></td></tr><tr><td>פינצטה</td><td></td><td></td><td>כל מותג</td></tr></tbody></table>

הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי nanorod זהב

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

האפשרות ליצור ולמדוד את הסיבוב, מומנט ננו הוא עניין מהותי ויישום של nanomotors ביולוגי, מלאכותיים, עשוי לספק מסלולים חדשים לקראת ניתוח תא בודד, מחקרים של לא שיווי משקל תרמודינמיקה, הופעה מכני של מערכות ננו. דרך נתיישב סיבוב כונן היא להשתמש אור מקוטב באופן מעגלי לייזר ממוקדת במלקחיים אופטיים. באמצעות גישה זו, חלקיקים מתכתיים יכול להיות מופעל כמו יעילים ביותר מבוססת על פיזור רוטרי מנועים מסתובבים בתדרים סיבוב חסרת תקדים במים.
ב פרוטוקול זה, אנו המתאר את הקמה ותפעול של מקוטב באופן מעגלי מלקחיים אופטיים עבור סיבוב ננו-חלקיק, לתאר את המכשור הדרוש עבור הקלטת את הדינמיקה בראונית ואת פיזור ריילי של החלקיק לכוד. תנועה סיבובית של ספקטרום פיזור מספק מידע עצמאי על המאפיינים של ננו-חלקיק ואת סביבתו הקרובה. פלטפורמה ניסיוני הוכיח שימושי לאמוד nanoscopic של צמיגות ואת הטמפרטורה המקומית, למעקב אחר שינויים מורפולוגיים של nanorods, ציפויים מולקולרית, וכן בדיקה של photothermal ותהליכי תרמודינמי עם מתמר.

סיבוב של תנועה בראונית המסתובבת של nanorod זהב זה כראוי לכודים את הפינצטה לייזר מקוטב באופן מעגלי פתור ע י הקלטת פיזור אור בעוצמה תנודות (איור 3a) באמצעות גלאי פיקסל יחיד. הספקטרום autocorrelation של האות הזה מכיל רכיב מתנדנדות, בדומה לזו המוצגת באיור 3b. אשר יכול להתאים לכל פונקציה autocorrelation תיאורטיים. ההתאמה מאפשר חילוץ של תדירות הסיבוב ואת הזמן ריקבון autocorrelation, אשר קשורה תנודות בראונית המסתובבת, nanorod.
כאמור בפרוטוקול (הוראת 4.4.2), זה חיוני להשתמש גרעין סיב עבה מספיק כדי לאסוף את אור הלייזר backscattered על פוטון המתאם ספקטרוסקופיה. אם זה לא המקרה, מונח דעיכה נוספים הקשורים תרגום חלקיקים בתוך ומחוץ האחסון בדיקה להיות נוכח בפונקציה המתאם, ראה איור 4. דרך ניתוח זהיר, זה יכול לספק מידע נוסף אודות המערכת; עם זאת, זה מסבך הניתוח של הדינמיקות בראונית המסתובבת הכלול הנתונים.
כדי לקבל ספקטרום פיזור נכון של DF חלקיקים לכוד, כמתואר בסעיף 3.5, הנתונים הגולמיים ספקטרלי צריך להיות מכויל. פעולה זו מתבצעת ע י הקלטת את הספקטרום מנורה של תאורה, כמו גם קשת רקע (איור 5a). בעת התמקדות אור לייזר אינטנסיבי על משטח זכוכית, כגון המצע שמולו nanorods לכודים, כמה קרינה פלואורסצנטית יכול להיווצר (ראה את התרומה ספקטרלי אדומה בספקטרום רקע של איור 5a). זיהום קרינה פלואורסצנטית הזה יכול להיות מופחת על-ידי שימוש fused סיליקה סובסטרטים. עם זאת, בכל מקרה מומלץ להקליט קשת רקע עם מלקחיים אופטיים ריק-עוצמת הלייזר הנכון. קשת פיזור נרשם ומתי כל הרכיבים ספקטרלי שאינן קשורות לפיזור nanoparticle בפועל קיבלו פיצוי על הספקטרום יכול להיות מצויד בקנה מידה אנרגיה עם פונקציית התאמה דו-Lorentzian כדי לחלץ מידע הקשור LSPR הפסגה העמדות (איור 5b).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig1.jpg"> איור 1: תמונות SEM, אנסמבל ספקטרה הכחדה עבור אצוות nanoparticle נציג שתי.) סרגל קנה מידה הוא 200 ננומטר. b) הכחול/אדום הגובלת תמונות SEM) מתאימות את הקשת אדום/כחול, בהתאמה. פסגות הספקטרלי הקשורים את LSPRs רוחביים האורך והרוחב הם ניתן להבחנה ברורה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig2.jpg"> איור 2: איור סכמטי של מלקחיים אופטיים ההתקנה למדידות סיבוב nanoparticle. אור לייזר ממוקדת, מורחבת דרך טלסקופ Keplerian, לאחר מכן מודרכת המטרה בעזרת שתי מראות מטלטלין (M1, M2), של beamsplitter (BS). Waveplates שני בנתיב לייזר למטב את קיטוב מעגלי של מלקחיים אופטיים (λ/2, λ/4). אור לייזר backscattered ניתן לאסוף לאחר מקטב ליניארי עבור פוטון המתאם ספקטרוסקופיה ומדידות דינמיקה סיבובית. לאחר הסרת אור הלייזר, אור לבן פזורים מונחה ספקטרומטר או מצלמה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig3.jpg"> איור 3: נציג הנתונים בעוצמה, autocorrelation עם עקומה מתאימה לכוד על nanorod.) עוצמת תנודות שהוקלט על ידי גלאי פיקסל אחד לאחר מקטב ליניארי 1s, חלקת מוגדלת ב התנודות. b) נתונים Autocorrelated של עוצמת התנודה עבור זהב מסתובבת nanorod (כחול נקודות), אסף אור לייזר backscattered. הנתונים מראים של תנודה זה נרקב לאחר מספר תקופות. תנודה קשורה תדירות הסיבוב nanorod, ואילו הדעיכה הוא חיישן תנועה בראונית המסתובבת. A מתאימים לפונקציה autocorrelation תיאורטיים מתבצע (הקו האדום) כדי לחלץ תדר הסיבוב של f = 24285 ± 45 הרץ ואת מתאם ריקבון זמן τ0 = 40.9 ± 1.06 µs. אי הוודאויות0 f וτמייצגים 95% מרווחי הביטחון של התאים, אשר יש מקדם הדטרמינציה (R2) של 0.9877. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig4.jpg"> איור 4: בעיה עם אמצעי בדיקה קטנה מדי מדידות ספקטרוסקופיה המתאם פוטון.) Autocorrelation נתונים עבור nanorod זהב, מסתובב נאסף באמצעות עבה (נתונים מיקרומטר, הכחול 400), דק (62.5 מיקרומטר, נתונים אדום) סיבים. אוסף באמצעות בד עבה מבטיחה כי nanorod תמיד מוגבל בתוך האחסון בדיקה כי הפונקציה autocorrelation מודד דינמיקה סיבובית בלבד. מונח נוסף דעיכה עקב תנועה בראונית translational קיים כאשר אמצעי האחסון בדיקה אינה מספיקה. ב b) ו- c), איורים סכמטי של אפקט ותמונות של האזור אוסף בחזרה מואר מוצגים. גודל ברים הם 2 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig5.jpg"> איור 5: שדה אפל למופת פיזור ספקטרה הקליטה עבור nanorod זהב שטיחות לכודים 660 ננומטר לייזר אור. באזור ספקטרלי 630-670 nm (1.85-1.97 eV) תסולף עקב מסננים חריץ צריך לחסום את אור הלייזר השמנה. ) ספקטרה הפיזור גולמיים (כחול כהה) הצגת תכונות אינן הטמון הפיזור של החלקיק צריך להיות מכויל עבור. אלה כוללים את הספקטרום רקע (אדום), המכיל autofluorescence נרגש על ידי אור לייזר מאוד ממוקדת, ואת הקשת עירור אור לבן (תפוז, נרשמה ללא מסנן חריץ). לאחר כיול, הקשת פיזור המתוקן (תכלת) מציג שתי הפסגות LSPR ברורים כצפוי. החצים מצביעים על קנה המידה עבור כל הספקטרום. b) פיזור ספקטרום עבור nanorod לכוד (כחול נקודות) יחד עם התאמה לפונקציה מודל דו-Lorentzian (אדום) עם מרכיביו (תכלת וכתום). באזור ספקטרלי מעוותת היא התעלמו ב ההתאמה של הנתונים ויש ההתאמה של R2 של 0.9975. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

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

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

המטרה הכוללת של מערכת ניסיונית זו היא ליצור ולמדוד סיבוב ומומנט בקנה מידה ננומטרי באמצעות פינצטה אופטית מקוטבת מעגלית. ניתן לחקור את העצמים המסתובבים באמצעות מכשור נוסף לניתוח דינמיקה בראונית וספקטרוסקופיה של פיזור אור. שיטה זו יכולה לעזור לנו לענות על שאלות מפתח בפיזיקה תרמית ואופטית בקנה מידה ננו.למשל קשור לדיפוזיה בראונית של חלקיקי ננו והעברת תנע זוויתי אופטי לחלקיק ננו. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מאפשרת סיבוב יציב של חלקיקי ננו בתדרים גבוהים, וכי המדידות מספקות מידע מפורט על חלקיק הננו וסביבתו הקרובה. הרעיון הוא ללכוד חלקיק ננו מתכתי על ידי קרן לייזר ממוקדת במערך פינצטה אופטית.אם לייזר הלכידה מקוטב מעגלית, חלקיק הננו יסתובב עקב העברת תנע זוויתי מהאור. בנה את ההתקנה סביב מיקרוסקופ הפוך מתאים. ההתקנה כוללת אלמנטים הן לפינצטה האופטית והן למדידות על חלקיק לכוד.זהו ייצוג סכמטי של ההגדרה. לעת עתה, התמקדו באלמנטים של הפינצטה האופטית. בחר לייזר מקוטב ליניארי של 660 ננומטר עם הספק פלט יציב של עד 500 מילי-וואט.השתמש בעדשות בתצורת טלסקופ קפלר כדי להרחיב את האלומה. השתמש במראות בתושבות קינמטיות כדי לכוון את קרן הלייזר למיקרוסקופ. בתוך המיקרוסקופ, השתמש במפצל קרן 50 50 כדי לחבר את אור הלייזר למטרה.ליישור ואיסוף נתונים כלול מצלמה בנתיב האור המוחזר. במקרה זה, מראה מסתובבת בתוך המיקרוסקופ יכולה לכוון את האור אליו. כוונן את עדשות הקפלר כדי להרחיב את האלומה.הפוך את האלומה למעט גדולה יותר מהצמצם האחורי של מטרת הלכידה כדי לייעל את המיקוד. זז לאורך נתיב האלומה כדי לבדוק את הקולימציה. קוטר הקורה צריך להיות קבוע כשהוא מתפשט למטרה.מקד את הלייזר על מגלשת זכוכית או מראה. בצע כוונון עדין עם המראות בנתיב האלומה. ללייזר מיושר בצורה לא נכונה יש דפוס עוצמה סימטרי לא רדיאלי.אם הלייזר מיושר, דפוס העוצמה שלו הוא סימטרי רדיאלית בעת שינוי המיקוד מעל ומתחת לנקודת המוקד. כעת קטב את האלומה באופן מעגלי על ידי הכנסת לוח רבע גל. כוון אותו עם הציר המהיר שלו ב-45 מעלות לקיטוב הליניארי של האור.לביצועים סיבוביים מיטביים זה קריטי שיהיה קיטוב מעגלי טוב של הלייזר. במקרה שתתעורר בעיה בשלב זה, הכנס את לוחית חצי הגל כדי לתקן שבירה שלילית של רכיבים אופטיים בנתיב האלומה. לבסוף, הגדר מערכת שדה כהה ותאורת צווארון באמצעות מעבה טבול בשמן.תקן את האלמנטים לספקטרוסקופיה של יחסי פוטונים. התקן מפצל קרן כדי להפנות אור מהמיקרוסקופ ליציאה. בנמל, הניחו מכלול של מקטב ליניארי, ואחריו שלב x y עם סיב איסוף.מקדו את האור בסיב האיסוף בשלב התרגום xy. הסיב יעבור בסופו של דבר לדיודת צילום סיליקון מהירה של פיקסל אחד. ודא שגודל הליבה של סיב האיסוף גדול מספיק כדי להכיל את התמונה של חלקיק הננו במהלך מסעותיו עקב תנועה בראונית תרגומית.אם קריטריון זה אינו מתקיים, הנתונים שנאספו יכולים להיות קשים לפירוש. כדי ליישר את סיב האיסוף, חבר אור נראה לקצה הלא מחובר שלו. זה יאיר את המצע במיקרוסקופ ויאפשר ביקור באזור האיסוף של הסיב התאם את מיקום הסיב עם שלב התרגום.עצור כשאזור האיסוף חופף למיקום ההשמנה האופטית. לאחר מכן העבר את קצה הסיבים ממקור האור לגלאי. בסכימה זו, אלמנטים אלה מייצגים את ההגדרה הדרושה לספקטרוסקופיה של יחסי פוטונים.עבור הגדרת ספקטרוסקופיה של שדה כהה, יש למקם את הספקטרומטר במקומו. כוון אור לספקטרומטר עם המראה בנתיב הקרן המוחזרת. במקרה זה, המראה ממוקמת עם גוף המיקרוסקופ השתמש במסנן חריץ לפני המראה כדי להסיר את אור הלייזר הלוכד.כוונן את המראות המנחות, כך שהפינצטה האופטית תתאים לחריץ הספקטרומטר. התחל בהכנת החלקיקים לניסוי. לדלל את החלקיקים במים נטולי יונים לריכוז מתאים.סוניקציה של התמיסה המדוללת למשך שתי דקות כדי לפרק אגרגטים וליצור פיזור אחיד. לאחר מכן הכן את תא הדגימה. השתמש בשקופית מיקרוסקופ ובזכוכית כיסוי.סוניקטיבי אותם במשך חמש דקות כל אחד באצטון, ולאחר מכן איזופרופנול. בסיום, צור סרט מרווח בעומק 100 מיקרומטר היטב על מגלשת הזכוכית. פזרו שני מיקרו ליטר מתמיסת חלקיקי הננו המדוללת בתוך הבאר.הפקידו גם שני מיקרו ליטר על זכוכית הכיסוי. חבר את שני חלקי התא יחד. לא אמורות להיות בועות אוויר בתוך החדר.העבר את התא לשלב המיקרוסקופ. שם הניחו שמן טבילה תואם אינדקס טיפה אחד על גבי הדגימה. הניחו טיפה נוספת על הקבל.התחל את הניסוי עם לייזר הלכידה חסום. איתר חלקיק מתאים באמצעות תצפית במערכת הדמיית השדה האפל. שחרר את חסימת הלייזר ותפעל את הבמה והמיקוד כדי לדחוף את החלקיק קדימה לכיוון ממשק זכוכית המים.למדידות דינמיקת סיבוב, אסוף את תנודת העוצמה עם גלאי צילום הסיליקון. למדידות ספקטרוסקופיות, התחל עם המצע של חרוזי פוליסטירן מפוזרים בצפיפות בפיזור אחיד. רשום את ספקטרום האור הלבן מתגובת פיזור המצע.לאחר מכן, החלף את דגימת החרוז במיקרוסקופ בדגימת חלקיקי הננו. הקליטו ספקטרום רקע עם אור תועה מנקודת ההשמנה. לאחר מכן, חסום את כל האור מהגלאי, רשום ספקטרום כהה בתנאי זה.הסר את הבלוק מהקרן, לבסוף לכוד חלקיק ננו ורשום את הספקטרום הגולמי הקשור אליו. אלו הן תנודות עוצמה של אור לייזר מפוזר לאחור ממוט ננו לכוד ומסתובב. מנתונים לא מטופלים כאלה, קשה לחלץ מידע בכל טווח זמן.עם זאת, כאשר נתוני העוצמה מתואמים אוטומטית, הם מראים תנודות הקשורות לתדירות הסיבוב של מוט הננו. הדעיכה התנודתית לאחר מספר תקופות נובעת מהתנועה הבראונית הסיבובית. הקו האדום מתאים לפונקציית המתאם האוטומטי התיאורטית שממנה ניתן לחלץ מידע מפורט על התנועה הסיבובית.כאן העוצמה הגולמית המפוזרת ממוט ננו לכוד היא בכחול כהה. זה מעוות על ידי נוכחות של פילטר חריץ. כדי לבודד את ספקטרום הפיזור של מוט הננו, כייל את הנתונים הגולמיים עם ספקטרום הרקע, באדום, וספקטרום עירור אור לבן בכתום.זהו ספקטרום הפיזור המתוקן. הספקטרום מראה שתי תהודות פלזמון מקומיות מובהקות, כצפוי. בתרשים זה, הנקודות הכחולות הן ספקטרום הפיזור ממוט ננו לכוד תוך התעלמות מאזור הספקטרום המעוות.העקומה האדומה היא ההתאמה של פונקציית המודל הדו-לורנציאני. רכיבי ההתאמה הם בכחול בהיר וכתום. לאחר בניית ההתקנה ושליטה בטכניקה, ניתן לבצע ניסוי לכידה וסיבוב אופטי תוך מספר שעות אם הוא מבוצע כראוי.בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להשתמש במוטות ננו מתאימים השולטים בתהודה בצד אורך הגל הכחול של הלייזר, עליו להיות גם שיאי תהודה מופרדים בבירור ועם זאת להיות גדול מספיק פיזית כדי להילכד ביציבות. ניתן לבנות פינצטה אופטית לניסויי סיבוב מוטות ננו באמצעות מגוון אורכי גל לייזר שונים, מטרות מיקרוסקופ ומיקרוסקופים עם שינויים קלים בלבד. יתר על כן, ניתן להוסיף בקלות מכשור למדידות בראוניאן תרגומי לאיסוף נתונים משלים.פלטפורמת סיבוב ננו חלקיקים זו הוכיחה את עצמה כמד אוסצילוסקופ של צמיגות וטמפרטורה מקומית, למעקב אחר שינויים מורפולוגיים של מוטות ננו וציפויים מולקולריים וכמתמר ובדיקה של תהליכים פוטו-תרמיים ותרמודינמיים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע ניסויי פינצטה אופטיים על ננו-מוטות מתכתיים. כיצד לסובב אותם באמצעות אור מקוטב מעגלי וכיצד לחלץ מידע באמצעות ספקטרוסקופיה של יחסי פוטונים וספקטרוסקופיה של שדה כהה.אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר לעיניים ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון הרכבת משקפי בטיחות לייזר ומסנני לייזר מתאימים ונהלי טיפול בעת ביצוע הליך זה.

construction-operation-light-driven-gold-nanorod-rotary-motor

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

נושא מהותי להבנת המעגלים קליפת המוח היא כיצד רשתות בשכבות קורטיקליים שונים לקודד מידע חושי. כאן אנו מתארים טכניקות אלקטרו ניצול רב מגע אלקטרודות למינרית להקליט יחיד יחידות הפוטנציאלים בשדה המקומי ומנתח הנוכחי לזהות שכבות בקליפת המוח.

בחינת עיבוד הרשת המקומית באמצעות מגע Multi-אלקטרודה למינרית הקלטה

העיצוב, הייצור וההרכבה של ממונע microdrive קל במיוחד הוא תאר. המכשיר מספק פתרון חסכוני וקל לשימוש, עבור הקלטות כרוניות של יחידות בודדות בחיות מתנהגות קטנות.

תכנון והרכבה של Microdrive קל במיוחד ממונע להקלטות עצביות כרוניות בבעלי חיים קטנים

פרוטוקול זה מתאר כיצד להשתמש בחימום החולף הקשור לספיגה אופטית של ננו-מוטות זהב כדי לעורר התמיינות ופעילות סידן תוך תאית בתאי עצב. תוצאות אלה עשויות לפתוח יישומים חדשים בתותבות עצביות ומחקרים בסיסיים במדעי המוח.

זהב nanorod בסיוע גירוי אופטי של תאים עצביים

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

שיטת ייצור צעד אחד לקבלת heterostructure הכפול epitaxial בודד מוצגת. גישה זו יכולה להשיג כיסוי ZnO עם צפיפות מספר גבוהה מזה של heterostructure היחיד epitaxial, שהובילה לnanogenerator פיזואלקטריים עם ביצועים חשמליים תפוקה מוגברת.

הכנת ZnO nanorod / גראפן / ZnO nanorod Epitaxial זוגי Heterostructure לPiezoelectrical Nanogenerator על ידי השימוש בPreheating הידרותרמיות

כאן, אנו מייצרים מבני מיקרו/ננו פולימריים תלת מימדיים שבהם ניתן להנדס הן את הצורה והן את היישור המולקולרי בדיוק בקנה מידה ננומטרי על ידי שימוש בכתיבה ישירה בלייזר. ניתן לשלוט בעיוות המושרה על ידי אור של מספר סוגים של מיקרו-מבנים של אלסטומר גבישי נוזלי בקנה מידה מיקרוסקופי.

מתנעים אור בצורה חופשית - ייצור ובקרה של Actuation ב בקנה מידה מיקרוסקופי

אנו מציגים הבנייה של דחף ניתנים להדפסה תלת-ממד עם שמונה עשר tetrodes מתכווננות באופן עצמאי. הנעת מיועד להקליט את פעילות המוח באופן חופשי להתנהג חולדות על פני תקופה של מספר שבועות.

בניית הנעת Tetrode רב משופרת עבור הקלטת עצבית בקנה מידה גדול ב מתנהג חולדות

ננו מספקות מנגנונים מגוונים של משלוח טיפולית מבוקרת מדע בסיסי ויישומים translational, אך ייצור שלהם לעתים קרובות דורשת מומחיות שאינו זמין במעבדות ביותר ביו. כאן, אנו מציגים פרוטוקולים עבור ייצור מדרגי של טעינת טיפוליות מגוונות nanocarriers התאספו עצמית באמצעות nanoprecipitation פלאש.

הרכבה מהירה, מדרגי וטעינה של חלבונים ביו, Immunostimulants לתוך Nanocarriers סינתטי מגוונות באמצעות פלאש Nanoprecipitation

כתב היד מתאר כיצד לסנתז ו להשתיל מנוע מולקולרי על משטחים עבור יחיד הדמיה מולקולרית.

מונחי-אור המנועים המולקולריים על משטחים עבור יחיד הדמיה מולקולרית

המטרה של פרוטוקול זה היא טופס הרכבים של מנועים מולקולריים ב-DNA אוריגמי ננו מבנים ולהתבונן ההרכב לתנועתיות באמצעות סך השתקפות פנימית מיקרוסקופ קרינה.

ייצור Dynein וקינסין הרכבים מוטוריים ב-DNA אוריגמי ננו מבנים עבור תצפית מולקולה אחת

כאן, אנו מראים את השימוש במיקרוסקופיה מסורתית של שדה כהה כדי לפקח על הדינמיקה של nanorods זהב (AuNRs) על קרום התא. המיקום והכיוון של AuNRs יחיד מזוהים באמצעות ImageJ ו- MATLAB, והמדינות המפוזרות של AuNRs מאופיינים בניתוח מעקב אחר חלקיקים בודדים.

הדמיה של דינמיקה דיפוזיונית של ננו-ירדס זהב על קרום התא באמצעות מיקרוסקופיה אחת של ננו-חלקיקים בדארקפילד

למד כיצד ליצור ולמדוד סיבוב ומומנט בקנה מידה ננומטרי באמצעות מלקחיים אופטיים מקוטבים מעגלית. השיטה מאפשרת סיבוב יציב של ננורודים זהובים בתדרים גבוהים לניתוח דינמיקת בראונית ותכונות אופטיות.

הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב

גלה סרטונים נוספים