Fabbricazione e funzionamento di un nano-ottica Nastro trasportatore

Jason Ryan; Yuxin Zheng; Paul Hansen; Lambertus Hesselink

doi:10.3791/52842

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Articolo metodologico

Fabbricazione e funzionamento di un nano-ottica Nastro trasportatore

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DOI:

10.3791/52842

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26 agosto 2015

Jason Ryan¹ , Yuxin Zheng¹ , Paul Hansen¹ , Lambertus Hesselink²

¹Electrical Engineering, Stanford University, ²Applied Physics, Stanford University

In questo articolo

Sommario

La scalabilità e la risoluzione delle tecniche convenzionali di manipolazione ottica sono limitate dalla diffrazione. Eludiamo il limite di diffrazione e descriviamo un metodo per trasportare otticamente nanoparticelle attraverso un chip utilizzando una superficie d'oro modellata con un percorso di risonatori plasmonici a forma di C ravvicinati.

Abstract

La tecnica di utilizzare raggi laser mirati per intrappolare e esercitare forze in piccole particelle ha permesso a molte scoperte cardine nelle scienze biologiche e fisiche nanoscala nel corso degli ultimi decenni. I progressi compiuti in questo campo invita ulteriore studio di sistemi ancora più piccoli e ad una scala più ampia, con strumenti che potrebbero essere distribuiti più facilmente e reso più ampiamente disponibile. Purtroppo, le leggi fondamentali della diffrazione limitano la dimensione minima del punto focale di un fascio laser, il che rende le particelle più piccole di una mezza lunghezza d'onda di diametro difficile da intrappolare e generalmente impedisce all'operatore di discriminare tra le particelle che sono più vicini della metà -wavelength. Ciò preclude la manipolazione ottica di molte nanoparticelle ravvicinati e limita la risoluzione di sistemi ottici-meccanici. Inoltre, la manipolazione mediante fasci focalizzati richiede ottica beam-forming e di sterzo, che possono essere molto ingombranti e costosi. Indirizzarequeste limitazioni nella scalabilità del sistema di intrappolamento ottico convenzionale nostro laboratorio ha messo a punto una tecnica alternativa che utilizza l'ottica di campo vicino per spostare particelle attraverso un chip. Invece di concentrarsi raggi laser nel campo lontano, il vicino campo ottico di risonatori plasmoniche produce la necessaria valorizzazione locale intensità ottica per superare le restrizioni di diffrazione e manipolare particelle a più alta risoluzione. Risonatori ravvicinate producono forti trappole ottiche che possono essere indirizzati a mediare l'hand-off di particelle da una all'altra in un modo nastro trasportatore-like. Qui, descriviamo come progettare e produrre un nastro trasportatore con una superficie d'oro fantasia con plasmoniche risonatori a forma di C e come farlo funzionare con luce laser polarizzata per ottenere super-risoluzione manipolazione delle nanoparticelle e dei trasporti. Il convogliatore trucioli cinghia nano-ottica può essere prodotto con tecniche di litografia e facilmente confezionato e distribuito.

Introduzione

La cattura, l'interrogatorio e la manipolazione di singole nanoparticelle sono di crescente importanza nel campo delle nanotecnologie. Pinzette ottiche sono diventati una tecnica di manipolazione particolarmente efficace per esperimenti di biologia molecolare ^{1-4, 5-7 e} chimica nano-assemblaggio ^7-10, dove sono abilitati esperimenti innovativi come la misura delle proprietà meccaniche di singole molecole di DNA ^{4 e} l'ordinamento delle cellule dalle loro proprietà ottiche ^11,12. Scoperte su queste frontiere si aprono lo studio di sistemi ancora più piccoli, e fanno strada alla progettazione di nuovi prodotti e tecnic....