Name: Lutilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per Enhanced manipolazione micro e nanoparticelle (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-27T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
Description: Scopri la trappola ottica a bassa intensità per la manipolazione non invasiva di campioni biologici micro e nanometrici utilizzando substrati nanostrutturati plasmonici e a cristallo fotonico.

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Vorremmo anche ringraziare Xiaoyu Miao e Ben Wilson per lo sviluppo della maggior parte dei metodi descritti all&#39;interno. Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation (DBI 0454324) e l&#39;Istituto Nazionale della Salute (R21 EB005183) e da PHS NRSA T32 GM07270 da NIGMS a ECK.

1. Array casuale Au Fabrication nanoparticelle 8,10,12,14 <ol><li> L'array nanoparticelle Au è formata creando prima un modello che è fatto di un denso strato di lattice in modo casuale assorbito sfere con diametro medio di 454 nm. Questo risultato è ottenuto dal primo oro evaporazione su un vetrino di vetro per uno spessore di 20 nm usando cromo come il livello di adesione. </li><li> Il monostrato sfera di polistirolo è poi auto-assemblati esponendo l'oro rivestite substrato ad una miscela di 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) carbodiimmide cloridrato (EDC), la sospensione sfera lattice e acqua deionizzata. </li><li> Il processo di adsorbimento è consentito a durare per circa un'ora e non assorbita sfere vengono lavate via con abbondante acqua. </li><li> Il monostrato formato è lasciati asciugare all'aria. </li><li> Infine, un altro 20 nm di oro è evaporato in monostrato sfera di lattice per formare la serie casuale nanoparticelle d'oro. </li><li> Se un SEM è disponibile, l'array AuNP può essere visto sotto il SEM a guardare come figura 1 e un diagramma del processo è mostrato in figura 8. </li></ol> 2. Preparazione del campione biologico 9,11 <ol><li> Preparazione dei campioni per i nuclei del mouse ottico cattura cella è ora mostrato. </li><li> 3T3 nuclei delle cellule del mouse taggati con acridina arancio colorante sono stati ottenuti dal gruppo Tewari presso il Fred Hutchinson Cancer Research Center. </li><li> 10% di albumina di siero bovino (BSA) in tampone fosfato (PBS) si aggiunge ai nuclei delle cellule del mouse in una concentrazione di circa 1: 10 (BSA: Cell Nuclei mouse). La BSA aiuta a prevenire i nuclei di attaccarsi al substrato. </li><li> Mescolare la soluzione utilizzando sonicazione. </li><li> 5 ul della nostra soluzione si deposita sul vetrino serie alluminio grata. E 'preferibile eseguire questo passaggio con la grata di alluminio sul palco microscopio in modo che non c'è bisogno di trasporto del campione dopo la soluzione è depositato. </li><li> Due pile di due 1 "1" coprioggetto vengono utilizzati per supportare un coprioggetto quinte attraverso il quale è visto il campione. </li><li> Posizionare il campione al microscopio per la visualizzazione. </li></ol> 3. Metodo di trapping <ol><li> Le pinzette ottiche sono costruite inviando un 35 mW laser elio neon attraverso un Axio Imager.D1M Zeiss dotata di un set di 17 GFP filtro che viene modificato per consentire la radiazione laser 633 nm per raggiungere il campione. </li><li> Un Zeiss LD CE Epiplan - Neofluar obiettivo 50x è usato per l'immagine del nucleo delle cellule, che sono circa 5 micron di diametro. </li><li> Dopo che il campione è posto sotto l'obiettivo, l'attenzione al microscopio sulla matrice nanoparticelle d'oro o reticolo di diffrazione. </li><li> Traduci microscopio verticalmente fino a fuoco l'immagine sui nuclei che si desidera trappola. </li><li> Laser posto sulla posizione trappola particella e la particella dovrebbe mantenere la sua posizione nel punto laser anche quando il palco è tradotto. </li></ol> 4. Rappresentante dei risultati: Il caso delle nanoparticelle d'oro procedure di serie dovrebbe depositare un monostrato di AuNP che può essere visto sotto un SEM ad assomigliare Figura 1. La forza di cattura creato da questi pinzette plasmoniche possono essere 10-20 volte la forza generata dalla norma pinzette ottiche. L'intensità minimo richiesto dalla pinzetta plasmoniche per raggiungere confinamento delle particelle sono mostrate per particelle di diverse dimensioni in Figura 4. 9,10 Il reticolo di diffrazione ottenuto l'allineamento e la cattura di 20 volte maggiore efficienza rispetto alla cattura nanodots oro e potrebbe raggiungere cattura con il poco a 17 uW / um 2 (Figura 7) 11. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg"> Figura 1 10 (a) Micrografia SEM della auto-assemblati nanoparticelle di oro. Il diametro delle nanoparticelle d'oro individuale è di circa 450 nm. (B) immagine NSOM del substrato plasmoniche dove la distribuzione delle nanoparticelle è scarsa, dimostrando la quasi-campo di radiazione. La lunghezza d'onda del laser eccitazione è 633 nm. (C) vista Alto ingrandimento: la zona contrassegnata con il quadrato rosso in (b). (D) efficienza dello spettro Scattering del substrato plasmoniche, che mostra il picco a 624 nm. (E) efficienza dello spettro di assorbimento del substrato plasmoniche, che mostra il picco a 668 nm. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg"> Figura 2 13 (a) Au nanosfere distribuiti casualmente su un dominio 2D 1 x 1 micron 2. Ogni puntino blu rappresentano il centro del nanosfere (a = 60 nm). Distribuzioni di campo dispersione su piani di osservazione che sono parallele alla matrice casuale nanosfere sono mostrati in (b) - (e). L'array nanosfere è uniformemente illuminato da un'onda piana alla lunghezza d'onda di 540 nm. L'indice di rifrazione del mezzo circostante è 1,33. La poladirezione rizzazione dei punti d'onda il piano lungo l'asse X (orizzontale in (a)). L'ampiezza del campo elettrico incidente è considerato uguale a 1 nel calcolo. La separazione tra il piano di osservazione e l'array è definito come nanosfere h. b) h = a. c) h = 2 bis. d), h = λ. e), h = 2λ. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg"> Figura 3 9 Schema di configurazione personalizzata microscopio a fluorescenza tra cui un filtro di eccitazione bypassato e una dicroica sostituito beam-splitter. Questa è la configurazione utilizzata per la cattura simultanea e imaging di fluorescenza. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg"> Figura 4 10 L'intensità del laser minima per mantenere la trappola in funzione della portata del fluido circostante utilizzando cattura plasmoniche. Tutte le intensità ottica sono misurati sul piano di campionamento nell'ambito dell'obiettivo microscopio. (A) - (f), mostrano i risultati di misura per perle di polistirene singolo con diametro 7.3, 6.3 (non sferica), 5,0, 3,9, 2,5 e 1,1 micron, rispettivamente. I riquadri mostrano le immagini corrispondenti di particelle microscopiche. Le barre di scala in tutte le immagini rappresentano il 5 micron di lunghezza. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg"> Figura 5 10 La pendenza della retta con origine in fig. 4 rispetto alle dimensioni delle particelle per la cattura plasmoniche. Le barre di errore mostrano le deviazioni standard del adatta lineare. La pendenza della retta (rapporto tra la soglia di intensità ottica e portata) in fig. 4 ha una relazione approssimativamente lineare con la dimensione delle particelle, come mostrato in questa figura, indicando il vantaggio di cattura plasmoniche soprattutto per le particelle più piccole. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg"> Figura 6 11 (a) Schema del intrappolamento ottico potenziato utilizzando nanostrutture periodici 1-D. Il fascio incidente è diffratto dalla nanostruttura periodici a campo lontano. (B) La distribuzione dell'intensità della luce con due polarizzazioni ortogonali nanostruttura in campo lontano. (B) La distribuzione dell'intensità della luce con due polarizzazioni ortogonali alla superficie di un reticolo di alluminio con un periodo di 417 nm ottenuti utilizzando simulazioni FDTD. La distribuzione è normalizzata sulla intensità su una superficie piatta in alluminio. (C) e (d) potenziale cattura per particelle direttamente sopra la superficie del reticolo rispetto a posizione della particella per (c) un polistirolo 350 nm tallone e (d) un polistirolo 1 micron tallone. I cerchi bianchi illustrano le dimensioni delle particelle. Riquadri mostrano il potenziale cattura di sopra di una superficie piatta in alluminio per la dimensione delle particelle stesse confronti. I valori sono normalizzati per ogni dimensione delle particelle. Per tutte le figure di simulazione FDTD il campo visivo è di 10 x 8 micron 2. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg"> Figura 7 11 (a) l'efficienza e l'intensità Trappola cattura minima misurata per perle di polistirolo di varie dimensioni, con polarizzazione del fascio perpendicolare alle linee di griglia. Inserto trappola mostra asimmetria in termini di efficienza di cattura per tradurre una perpendicolare 3,87 um polistirolo tallone e in parallelo alle regole della griglia. La linea continua (grande asimmetria) è ottenuta con luce polarizzata incidente perpendicolarmente alla grata, e la linea trattino (piccola asimmetria) è ottenuta con luce polarizzata incidente parallelo al reticolo. L'unità è in (pN [mW / micron 2] -1). (B) - (d) dimostrazione cattura di una fluorescente 590 nm perline di polistirene. Il cerchio rosso indica la posizione del punto laser come la luce del laser era troppo debole per essere visto. In un primo momento la particella è intrappolata all'interno del punto di maggiore potenza, come il potere si abbassa il moto browniano della particella supera la forza cattura, permettendo la particella di scappare. (E) - (g) dimostrazione cattura di un nucleo cellulare fluorescente cancro ovarico. L'intensità minima necessaria per avviare cattura di 16 μW / micron 2, ottenuti utilizzando un obiettivo 20x. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg"> Figura 8 14 procedimento di fabbricazione del tappo a forma di nanoparticelle d'oro: a) evaporazione dello strato di Cr e Au sottili sul vetro coprioggetti. b) L'esposizione alla sospensione sfera di polistirolo e di adsorbimento di sfere per 1 ora. c) eliminazione delle materie non adsorbito sfere di polistirolo e l'asciugatura della superficie. d) evaporazione di un altro strato di Au sulla parte superiore delle sfere modello. e) Schema del tappo a forma di array di nanoparticelle Au, dove Au copre solo la parte superiore delle sfere modello.

<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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il significato di questi metodi di cattura è che diminuire l&#39;intensità ottica necessaria per la cattura sostenuta da qualche parte dell&#39;ordine di 10 3 μW / 2 micron a qualche parte dell&#39;ordine di 10 μW / micron 2. 10,11 I limiti su queste tecniche sono che la matrice di nanoparticelle d&#39;oro esperienze problemi di riscaldamento che deve essere superato. Per ovviare a questo problema, una struttura a cristallo fotonico 2D che è composto di un materiale dielettrico può esser...

<table border="1"><tr><td> Nome del materiale </td><td> Tipo </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commento </td></tr><tr><td> Axio Imager Microscopio </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> Obiettivo microscopio </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD CE Epiplan - Neofluar 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Microscopio Zeiss Camera </td><td> AxioCam MRC </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Elio neon Laser </td><td> 35 mW </td><td> Ricerca Electro-Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Attenuatore variabile </td><td> ND variazione continua </td><td> Thorlabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> Per regolare l&#39;intensità microscopio </td></tr><tr><td> Zeiss filtro Set </td><td> Filtro Set # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> Filtro Set # 17 </td></tr><tr><td> Microscopio diapositive </td><td> 0,5 millimetri di spessore </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 topo nuclei cellulari </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td> Conservare freddo come possibile </td></tr><tr><td> Acridina arancio colorante </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> Albumina di siero bovino </td><td> 1-10 razione in PBS </td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> 454 nm polistirolo sfere in lattice </td><td></td><td> Polysciences, Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimmide cloridrato (EDC) </td><td> 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> oro (per la deposizione) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Riflettente reticolo di diffrazione governato </td><td></td><td> Edmund Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Soluzione tampone fosfato (PBS) </td><td> Fosfato-Buffered Saline Dulbecco (D-PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

l&#39;utilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per enhanced manipolazione micro e nanoparticelle

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

Un metodo per manipolare la posizione e l&#39;orientamento delle particelle inferiori al micron non distruttivo sarebbe uno strumento incredibilmente utile per la ricerca biologica di base. Forse la forza più utilizzato per raggiungere la manipolazione fisica non invasiva di piccole particelle è stato dielettroforesi (DEP). 1 Tuttavia, DEP da sola non ha la versatilità e la precisione che si desidera quando manipolare le cellule in quanto è tradizionalmente fatto con elettrodi fissi. Pinzette ottiche, che utilizzano un tridimensionale gradiente di campo elettromagnetico a esercitano delle forze sulle piccole particelle, ottenere questa versatilità e precisione desiderata. 2 Tuttavia, un grave inconveniente di questo approccio è l&#39;intensità della radiazione di alta richiesti per raggiungere la forza necessaria per intrappolare una particella che possono danneggiare i campioni biologici 3 Una soluzione che permette di cattura e di smistamento con minore intensità ottici sono optoelettronici pinzette (OET) ma OET hanno limitazioni con la manipolazione multa di piccole particelle;.. essere DEP tecnologia basata mette anche vincolo sulla proprietà della soluzione 4 , 5 Questo articolo video descrivono due metodi che diminuire l&#39;intensità della radiazione necessaria per manipolazione ottica di cellule viventi e anche descrivere un metodo per il controllo di orientamento. Il primo metodo è pinzette plasmoniche che utilizzano un casuale nanoparticelle d&#39;oro (AuNP) array come substrato per il campione, come mostrato nella Figura 1. L&#39;array AuNP converte i fotoni incidenti in plasmoni di superficie localizzata (LSP) che consistono in risonanza momenti di dipolo che irradia e generare un campo di radiazione fantasia con un gradiente di grandi dimensioni nella soluzione delle cellule. Il lavoro iniziale sulla cattura plasmonica di superficie maggiore di Righini et al modeling e la nostra stessa hanno mostrato i campi generati dal substrato plasmoniche ridurre l&#39;intensità iniziale necessario, migliorando il gradiente di campo che intrappola le particelle. 6,7,8 L&#39;approccio plasmoniche permette di multa controllo l&#39;orientamento delle particelle ellissoidali e cellule con una bassa intensità ottico a causa di una conversione più efficiente l&#39;energia ottica in energia meccanica e un dipolo dipendente dal campo di radiazione. Questi campi sono mostrati in figura 2 e la cattura a bassa intensità sono dettagliati nelle figure 4 e 5. I principali problemi con le pinzette plasmoniche sono che il LSP&#39;s generano una considerevole quantità di calore e la cattura è solo bidimensionale. Questo calore genera flussi convettivi e thermophoresis che può essere abbastanza potente da espellere particelle inferiori al micron dalla trappola. 9,10 Il secondo approccio che descriveremo è l&#39;utilizzo di nanostrutture dielettrico periodici per diffondere la luce incidente in modo molto efficiente nelle modalità di diffrazione, come mostrato in figura 6 11. Idealmente, si potrebbe rendere questa struttura di un materiale dielettrico per evitare i problemi di riscaldamento stessa esperienza con la plasmoniche le pinzette, ma nel nostro approccio di alluminio rivestita reticolo di diffrazione viene utilizzato come unidimensionale nanostruttura dielettrica periodica. Anche se non è un semiconduttore, non ha subito un riscaldamento significativo ed efficace intrappolato piccole particelle con intensità di cattura basso, come mostrato in figura 7. L&#39;allineamento delle particelle con il substrato grata convalida concettualmente l&#39;idea che un 2-D cristalli fotonici potrebbe consentire la rotazione precisa di non sferiche micron di dimensioni. 10 L&#39;efficienza di queste trappole ottiche sono aumentati a causa della maggiore campi prodotti dalle nanostrutture descritto nella questo documento.

Pinzette plasmoniche e nanostrutture a cristalli fotonici sono mostrati utili per produrre miglioramenti nel controllo efficienza e l&#39;orientamento ottico cattura micro-e nano-particelle.

L&#39;utilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per Enhanced manipolazione micro e nanoparticelle

Un metodo per manipolare la posizione e l'orientamento di particelle submicroniche in modo non distruttivo rappresenterebbe uno strumento incredibilmente utile per la biologia di base...

L'obiettivo generale di questa procedura è intrappolare oggetti biologici di dimensioni micrometriche mediante pinzette plasmoniche e a cristallo fotonico. Questo risultato si ottiene innanzitutto fabbricando il substrato plasmonico o il substrato a cristallo fotonico. Successivamente, il campione biologico viene preparato aggiungendo BSA alla soluzione cellulare e garantendo un adeguato spazio per la soluzione cellulare al di sotto del vetrino superiore.Successivamente, il laser viene allineato al microscopio, al quale è stato applicato lo schema di filtri corretto. Il microscopio viene quindi messo a fuoco sul campione ed eseguita la trappola ottica. Infine, particelle di dimensioni micro o nanometriche possono essere intrappolate riducendo l'intensità incidente grazie all'ausilio di nanostrutture a cristallo fotonico o plasmoniche.Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come i tradizionali tweezers ottici, è che la conversione dei campi ottici attraverso nanostrutture plasmoniche e a cristallo fotonico riduce l'intensità necessaria per intrappolare particelle piccole come le cellule, e inoltre non richiede un fascio fortemente focalizzato, riducendo così il rischio di danno fotoindotto alle cellule dovuto all'esposizione alle radiazioni. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali in numerosi ambiti biologici, come l'interazione tra cellula e cellula e lo studio delle diverse forze in biologia. Può inoltre rappresentare uno strumento utile per la fabbricazione in micro e nanotecnologia, consentendo una manipolazione precisa di micro e nanoparticelle. Per formare un array di nanoparticelle d'oro utilizzando un evaporatore a fascio elettronico e cromo come strato adesivo, evaporare oro su un coprioggetto di vetro fino a uno spessore di 20 nanometri.Pulire il campione utilizzando un plasma di ossigeno per circa un minuto per rimuovere le impurità organiche sulla superficie. Dopo aver indotto il monostato di polistirene ad autoassemblarsi, depositare o versare il liquido sul campione, incubare per circa un'ora, quindi utilizzare un grande volume di acqua per lavare via le sfere non adsorbite e farle asciugare all'aria. Sul monostato, evaporare infine un secondo strato di oro di 20 nanometri sulle sfere di lattice, formando un monostato di array di nanoparticelle d'oro casuali.L'array di nanoparticelle è ora pronto per il campione biologico. Posizionare il vetrino con le nanoparticelle preparato sul portacampioni di un microscopio a fluorescenza. Il passaggio successivo consiste nel preparare i nuclei di cellule di topo per il trappolamento ottico.Iniziare con nuclei cellulari di topo marcati con arancione aina per impedire che i nuclei aderiscano al substrato. Collocare i nuclei cellulari in una provetta piccola e aggiungere BSA al 10% in PBS a una concentrazione da uno a 10 di BSA mescolato mediante vortex. Quindi pipettare cinque microlitri della soluzione di nuclei con BSA sul vetrino preparato.Per creare uno spazio tra i nuclei e il vetrino da copertura, posizionare una pila di due vetrini spaziatori intorno alla goccia, quindi appoggiare un altro vetrino sopra. Per il trattenimento e l'acquisizione simultanea di immagini, utilizzare una configurazione personalizzata di microscopio a fluorescenza, comprendente un filtro di eccitazione bypassato e due divisori dicroici personalizzati. I pinzette ottiche sono realizzate inviando un laser a elio-neon da 35 milliwatt attraverso un microscopio zes axio imager D one M, dotato di un set di filtri GFP 17, modificato in modo da permettere al fascio laser a 633 nanometri di raggiungere il campione.Il microscopio focalizzerà il fascio laser sul campione, quindi il fascio verrà diffratto dal substrato di nanoparticelle plasmoniche o dal reticolo di diffrazione. Per ottenere un'immagine dei nuclei cellulari, che hanno un diametro di circa cinque micron, utilizzare un obiettivo Zeiss LDEC epi plan con obiettivo Neola 50x. Iniziare posizionando il campione sull'obiettivo e mettendo a fuoco il piano con il maggior numero di nuclei, poiché si trovano sulla superficie del substrato.Successivamente, mettere a fuoco al microscopio un nucleo da intrappolare individuando nuclei cellulari liberi in movimento sopra gli strati di cellule sulla superficie. Quindi posizionare il punto del trappolamento laser sul campione. A questo punto, il campione dovrebbe essere intrappolato e mantenere la propria posizione all'interno del punto laser anche quando si sposta la piastra.I nuclei di topo che si trovano nel piano focale del microscopio potrebbero spostarsi leggermente a causa di una debole corrente microfluidica provocata dal riscaldamento e dall'evaporazione del campione, ma i nuclei intrappolati rimarranno in una posizione fissa. Questa figura mostra una microfotografia al microscopio elettronico a scansione di nanoparticelle d'oro autoassemblate, ciascuna con un diametro di circa 450 nanometri. Qui è riportata un'immagine di microscopia ottica a scansione in campo vicino del substrato plasmonico in cui la distribuzione delle nanoparticelle è scarsa, che mostra la radiazione in campo vicino.La lunghezza d'onda del laser di eccitazione è di 633 nanometri; qui viene mostrato lo spettro di efficienza di scattering del substrato plasmonico con un picco a 624 nanometri. Lo spettro di efficienza di assorbimento del substrato plasmonico mostra un picco a 668 nanometri. Nanosfere d'oro distribuite in modo casuale su un dominio bidimensionale di un metro per un metro quadrato.I micrometri sono mostrati qui. Ogni cerchio blu rappresenta il centro della nanostruttura sferica. Negli schemi sono mostrate le distribuzioni del campo disperso su piani di osservazione, che sono paralleli all'array casuale di nanostrutture sferiche.Questi grafici mostrano le intensità minime del laser necessarie per mantenere il trappolamento in funzione della portata del fluido circostante. Utilizzando il trappolamento plasmonico, tutte le intensità ottiche sono state misurate nel piano del campione al di sotto dell'obiettivo del microscopio. Ogni pannello mostra i risultati delle misurazioni effettuate su singole microsfere di polistirene con diversi diametri.Gli insetti mostrano le corrispondenti immagini microscopiche delle particelle. Le barre della scala in tutte le immagini rappresentano una lunghezza di cinque micrometri. Qui viene riportato il coefficiente angolare della retta interpolata passante per l'origine nei grafici precedenti in funzione della dimensione delle particelle.Per il trappolamento plasmonico. Le barre di errore mostrano le deviazioni standard degli adattamenti lineari. I risultati mostrano che particelle più grandi richiedono una maggiore intensità del laser per mantenere una stabilità di trappolamento adeguata.Questo schema mostra il trappolamento ottico potenziato mediante nanostrutture periodiche unidimensionali. Il fascio incidente viene diffratto dalla nanostruttura periodica in campo lontano. Qui è mostrata la distribuzione dell'intensità della luce con due polarizzazioni ortogonali sulla superficie di un reticolo in alluminio.Con un periodo di 417 nanometri ottenuto mediante simulazioni nel dominio spaziotemporale alle differenze finite, la distribuzione viene normalizzata rispetto all'intensità su una superficie piana di alluminio. Queste figure mostrano il potenziale di trappolamento per particelle direttamente al di sopra della superficie graduata in funzione della posizione della particella. Per la microsfera di polistirene CA da 350 nanometri e la microsfera di polistirene DA da un micrometro, i cerchi bianchi illustrano le dimensioni delle particelle.Gli insetti mostrano il potenziale di trappolamento al di sopra di una superficie piana in alluminio. Per dimensioni delle particelle identiche a quelle dei confronti. I valori sono normalizzati per ciascuna dimensione delle particelle.Per tutte le figure delle simulazioni FDTD, il campo visivo è di 10 per otto micrometri quadrati. Qui è riportata l'efficienza del trappolamento e l'intensità minima di trappolamento misurata per microsfere di polistirene di diverse dimensioni, con la polarizzazione del fascio perpendicolare alle linee del reticolo. L'inserto mostra l'asimmetria del trappolamento nell'efficienza quando una microsfera di polistirene di 3,87 micrometri viene spostata perpendicolarmente e parallelamente alle righe del reticolo.Di seguito è riportata una rappresentazione schematica dell'angolo traslazionale della particella. Questo particolare mostra il miglioramento in funzione della direzione di traslazione per diverse polarizzazioni e dimensioni delle particelle. La linea continua indica un'elevata asimmetria ottenuta con luce incidente polarizzata perpendicolarmente al gradiente, mentre la linea tratteggiata.Un'asimmetria ridotta si ottiene con luce incidente polarizzata parallelamente al gradiente. Questi pannelli rappresentano una dimostrazione dell'incapsulamento di un microsfera fluorescente in polistirene da 590 nanometri. Il cerchio rosso indica la posizione del punto laser, poiché inizialmente la luce laser era troppo debole per essere visibile.La particella è intrappolata all'interno del punto a potenza più elevata. Riducendo la potenza, il moto browniano della particella supera la forza di intrappolamento, consentendo alla particella di sfuggire. In questo caso, un nucleo di cellula tumorale ovarica fluorescente è stato intrappolato; l'intensità minima richiesta per iniziare l'intrappolamento era di 16 micro watt per micrometro quadrato, ottenuta utilizzando un obiettivo da 20x.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come creare una trappola ottica a bassa intensità per la manipolazione non invasiva di campioni biologici di dimensioni micro e nanometriche, utilizzando substrati nanostrutturati a base di plasmonica e cristalli fotonici.

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