Name: Trapping ottica di nanoparticelle (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 39 s
Description: Scopri la trappola ottica a doppio nanoforo per nanoparticelle dielettriche di circa 20 nm. Questo metodo a bassa potenza laser consente di studiare interazioni biofisiche e piegatura proteica.

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Riconosciamo Thorlabs per aver sponsorizzato questa pubblicazione e il finanziamento dalla scienze naturali e ingegneria Research Council (NSERC) del Canada Discovery Grant. Ringraziamo Bryce Cyr e Douglas Rennehan per l&#39;assistenza di produzione per la realizzazione di questo articolo video.

Il principio della tecnica trapping SIBA è illustrato nella figura 1. Figura 2 è una vista schematica del setup sperimentale. 1. Trapping installazione ottica Per questa sezione della procedura, fare riferimento al kit di intrappolamento ottico manuale 9 o la forza di misura ottica modulo del manuale 10 per i dettagli su come impostare i kit. Si noti che un fotodiodo valanga (APD) è utilizzato al posto di un rivelatore di posizione quadrante. Per le viti non incluse nel kit intrappolamento ottico, utilizzare quelli della vite e kit hardware (Thorlabs, HW-KIT2). La protezione degli occhi devono essere indossati in ogni momento in cui il laser è acceso. Assicurarsi che il fascio è contenuta all&#39;interno di una zona sicura e accessori riflettenti, quali gioielli, deve essere evitata. Inoltre, protezione da scariche elettrostatiche è consigliabile quando si maneggia diodi laser. <ol><li> Impostare il kit ottico pinzetta (Thorlabs, OTKB / M) e la forza di misurasura modulo (Thorlabs, OTKBFM) come per i loro rispettivi manuali. A base di silicio fotodiodo valanga (APD) (Thorlabs, APD110A) viene utilizzato al posto del modulo di misurazione della forza (Thorlabs, OTKBFM) rivelatore di posizione quadrante. </li><li> Collegare l&#39;APD ad un oscilloscopio (Tektronics, TDS1012) tramite un cavo coassiale. </li><li> Aggiungere una semionda piastra (Thorlabs, AHWP05M-980) all&#39;interno del espansore del fascio. La semionda piastra è fissata tra due tubi di lenti (Thorlabs, SM1L03). </li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> Tagliare un oro rivestite vetrino di prova (EMF Corp, Cr / Au) in quattro pezzi identici. Come alternativa ai vetrini disponibili in commercio, abbiamo usato anche un spessore 100 nm con un film di Au nm 2 Ti strato di adesione depositato e-beam deposizione su un vetrino 1 pollice quadrato di vetro ad una temperatura del substrato elevata di 200 ° C per almeno 1 ora. Questo produce una pellicola liscia policristallino. </li><li> Creare un&#39;immagine bitmap del doppio-nanohole struttura come l&#39;ingresso diil fascio di ioni focalizzati (FIB) del sistema è una bitmap. L&#39;immagine è costituito da due cerchi pieni, 160 nm di diametro con una distanza da centro a centro di 190 nm. Questo modello consente di creare una separazione punta di circa 15 nm. Tra i cerchi, una linea sottile opzionale può essere posizionato per rimuovere qualsiasi residuo di metallo tra le punte. Figura 3a mostra un&#39;immagine bitmap esempio. </li><li> Realizzare il doppio nanohole struttura utilizzando un FIB (Hitachi, FB-2100) sistema di fresatura. Convertire il bitmap in fase di 2,2 in un modello di fresatura FIB (la zona scura nella bitmap viene lavorato in base al FIB). Utilizzare una tensione agli ioni di accelerazione di 40 kV, un fascio apertura limite di 15 micron di diametro inferiore a 60 ingrandimenti K volte. Mulino 80 passa per ogni doppia nanohole con un tempo di dosaggio 5 psec ad ogni passaggio. Figura 3b mostra una tipica struttura risultante. Ripetere se necessario. Nanoholes più opportuno per consentire errori. </li><li> Aggiungi marcatori di registrazione, sia utilizzando il FIB e / o he per indicare la posizione approssimativa del doppio nanohole (s). </li><li> Facoltativamente, prendere un&#39;immagine SEM dei fori di valutare con precisione la qualità struttura e separazione punta. </li></ol> 3. Microfluidic Camera Un diagramma di flusso del processo per fabbricare la camera microfluidico è mostrato in Figura 4. <ol><li> Versare 10 g di polidimetilsilossano (PDMS) base (Dow Corning Canada, Sylgard 184 Base elastomero di silicone) e un ulteriore 1 g di catalizzatore (Dow Corning Canada, Sylgard 184 elastomero di silicone agente Catalizzatore) in una tazza usa e getta. Mescolare per qualche minuto. </li><li> Evacuare miscela in camera da vuoto fino a quando tutte le bolle se ne sono andati. </li><li> Versare 1,5 g di PDMS in un diametro di 9 centimetri piatto Petri. Spin coat PDMS sul fondo della piastra di Petri a 950 rpm per 65 sec. Figura 4b mostra il risultato. Lo spessore non è critica purché sia ​​sotto 80 pm, la pellicola d&#39;oro è all&#39;interno del microscopio oggettivita fondodistanza di lavoro e di. </li><li> Delicatamente posto 3-5 # 1.5 coprioggetti (Fisher Scientific, 12-541-B) sul modo tale che non si sovrappongano ed evacuare per 30 minuti, come mostrato in figura 4c PDMS. </li><li> Se coprioggetti spostato e impilati uno sopra l&#39;altro durante l&#39;evacuazione, delicatamente spostare a vicenda. Bisogna usare cautela da mantenere sotto PDMS coprioggetti sottile e uniforme. </li><li> Se la manipolazione del coprioggetti è stato richiesto, evacuare piastra di Petri di nuovo per 30 minuti. </li><li> Rimuovere piastra Petri da camera a vuoto e cuocere sulla piastra calda per 20 minuti a 85 ° C. </li><li> Utilizzando una lama di rasoio, tagliare una delle copertura scivola poi sollevare delicatamente il vetrino con pinzette punta fine. Un sottile strato di PDMS rimarrà sul vetrino come PDMS è più adesivo allo scorrimento vetro di copertura rispetto al piatto Petri PMMA come in Figura 4e. </li><li> Tagli un x 3 3 mm nella finestra PDMS con una lama di rasoio come in figura 4F. Questa finestra formerà la camera dove la nsoluzione anoparticle saranno mantenute. </li></ol> 4. Preparazione del campione <ol><li> Realizzare un vetrino da microscopio con un ¾ &quot;foro del diametro al centro utilizzando acrilico. Questo può essere realizzato con un taglio laser. Altri materiali possono essere usati pure. Il campione oro verrà posizionato all&#39;interno del foro. </li><li> Nastro la circonferenza del foro con nastro biadesivo. Utilizzare una lama di rasoio per tagliare nastro in eccesso. </li><li> Vetrino da microscopio posto al vetrino, PDMS a faccia in su. </li><li> Diluire la soluzione nanosfere di polistirene (Thermo Scientific, 3020A) da 1% w / v al 0,05% w / v usando acqua deionizzata. Una micropipetta può essere utilizzato. </li><li> Aggiungere qualche goccia di soluzione nella finestra di PDMS. Aggiungere una goccia sul campione oro dove si trovano le nanoholes. </li><li> Posto campione di oro in cima coprioggetto tali che le nanoholes sono all&#39;interno della finestra PDMS. Fare bolle sicuro non sono presenti all&#39;interno della camera. Premere campione oro contro coprioggetto e tamponare la soluzione in eccesso. </li><li> Se si utilizza un obiettivo ad immersione in olio (come nel caso di specie, ma non necessario), aggiungere una goccia di olio di immersione sul lato opposto del vetrino, sotto la finestra PDMS. Prendere nota della posizione dei pattern dalla. </li><li> Inserire il vetrino da microscopio in supporto diapositive, olio rivolto verso il basso, e quindi supporto diapositive inferiore fino a olio di immersione a contatto con l&#39;obiettivo microscopio. </li><li> Circa allineare stage della diapositiva in modo tale che i marchi da indicatore sono sotto l&#39;obiettivo. </li><li> Seguire le linee di indicatore anticipatore fino ai pattern dalla. Posizione diapositiva in modo che segni indicatori o in aree aperte vengono cancellati dal centro dello schermo. Trasmissione della luce eccessiva può danneggiare l&#39;APD. </li><li> Accendere il laser. Come lo specchio dicroico non è perfetto, un posto vicino al centro dello schermo dal fascio laser dovrebbe apparire. </li><li> Utilizzando il software di controllo fase piezo, perfezionare ulteriormente l&#39;allineamento su tutti e tre gli assi. </li></ol> 5. Acquisizione dei dati <ol><li> Con il help dei segni indicatori, la posizione del posto vicino ad una posizione nanohole noto. I pattern dalla saranno troppo piccoli per essere risolto e dovrebbe apparire solo come macchie. </li><li> La trasmissione della luce attraverso il campione viene indicato dal livello del segnale sull&#39;oscilloscopio. Allineare ulteriormente il campione da massimizzare la trasmissione della luce. Fare attenzione di marchi indicatori e graffi visibili e non visibili come trasmissione della luce sarà alto in questi settori. Pattern dalla mostra salti improvvisi nella trasmissione della luce, mentre graffi esibire le modifiche più graduali. </li><li> Utilizzando il waveplate, regolare la polarizzazione della luce per la massima trasmissione della luce come il doppio nanohole struttura è polarizzata. </li><li> Per minimizzare il rumore, costruire un filtro RC con la basetta, 200 e 100 k resistenza pF e collegarlo dopo l&#39;APD tramite un cavo coassiale. Questi valori possono essere regolati per ottenere le migliori prestazioni, considerando la larghezza di banda di acquisizione dati richiesti. </li><li> Collegare oscilloscopio e dati acquisition modulo (Omega, USB-4711A) per il filtro RC con cavi coassiali e adattatore T. </li><li> Campionare la tensione APD utilizzando il modulo di acquisizione dati per il tempo desiderato. Tempi di acquisizione sono in genere in centinaia di secondi. In questo caso, un pacchetto software personalizzato è stato utilizzato per l&#39;acquisizione dati. La tensione viene campionato a 2000 volte al secondo. </li><li> Utilizzando Matlab, filtrare i dati acquisiti utilizzando un Savitzky-Golay filtro e tracciare è in funzione del tempo su un grafico. </li></ol>

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</ol>

Produzione e l&#39;accesso gratuito a questo articolo è sponsorizzato da Thorlabs.

La configurazione attuale ha le capacità di cattura efficaci a causa della struttura del nanohole. Questo trappole nanohole ~ 10 nm scala particelle dielettriche a bassa intensità ottici. Altre nuove trappole ottiche includono ottici antenne a dipolo 11, sussurri-gallery-mode risonatori ottici 12,13 e guide d&#39;onda 14; tuttavia, che in genere operano in regime perturbativo, che è limitata dalla scala inversa quarto ordine della potenza richiesta ottica rispetto delle particelle dimensioni, a differenza del SIBA e fare doppio nanohole trappola. Forme alternative di apertura sono stati presentati trapping, ad esempio un rettangolo nanoporo plasmoniche 15. Altre caratteristiche favorevoli evidenziati dal doppio nanohole trappola includono il comportamento delle particelle dimensionale selettivo 7, una posizione unica cattura (per limitare più particelle di cattura) e la facilità di fabbricazione 16. In alternativa all&#39;utilizzo di un FIB, doppi nanoholes può essere fabbricato utilizzando una litografia colloidaley 6. La cattura di materiale biologico di polarizzabilità grandi dimensioni e ha incluso i batteri 3, cellule viventi 17,2,18, il mosaico del tabacco 3 virus e la manipolazione e l&#39;allungamento dei filamenti di DNA utilizzati attacchi alle estremità con particelle dielettriche grandi 19; tuttavia, cattura diretta di piccoli campioni biologici senza tethering rimane difficile. Questa configurazione di cattura è in grado di intrappolare particelle dielettrica con intensità di luce inferiori rispetto pinzette luminose tradizionali e la nanohole circolare, permettendo piccole particelle biologiche, che si terrà per lunghi periodi di tempo senza danni o tethering. Inoltre, gli eventi di cattura presentano un alto rapporto segnale-a-rumore questa configurazione consentendo di lavorare come sensore sensibile e rilevare le più piccole particelle biologiche, quali virus e proteine. Infatti, 20 sfere di polistirene nm hanno un indice di rifrazione di 1,59 che è paragonabile alle più piccole particelle biologichequali i virus. Questo metodo potrebbe diventare una tecnica affidabile e maturo per l&#39;immobilizzazione e la manipolazione di nanoparticelle, tra cui le particelle biologiche. Applicazioni di questa tecnica includono integrazione in un ambiente microfluidica. Invece di una sola camera microfluidica, un canale potrebbe essere utilizzato per controllare dinamicamente l&#39;ambiente, ideale per il rilevamento di indice di rifrazione. Tale impostazione sarebbe fissato in un unico chip microfluidico portando ad una configurazione più stabile e robusto e veloce analisi di soluti. Un&#39;altra opzione è lo sviluppo di un sistema di rivelazione di fluorescenza per la caratterizzazione dei singoli fluorescente-tagged virus, punti quantici di semiconduttori e proteine ​​fluorescenti verdi. Questa configurazione ha anche un potenziale di trasformazione in un biosensore per un singolo virus o proteine, consentendo piccoli campioni da analizzare. Drug Discovery 21 e malattie e infezioni di rilevamento 22 trarrebbero beneficio da un rilevatore di singola proteina. Raman spectroscopy può essere incorporato per il rilevamento di segnali Raman di particelle e singoli eventi di legame. La doppia struttura permette nanohole forti miglioramenti di campo locale sulle punte, appropriati per la punta-enhanced Raman spettroscopia 23. Un altamente specifica etichetta senza metodo di caratterizzazione materiale sarebbe anche possibile usando spettroscopia Raman 24.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome </td><td> Fabbricante </td><td> Numero di serie </td><td> Commenti </td></tr><tr><td> Olio di immersione </td><td> Cargille Labs </td><td> 16484 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 Kit di silicone elastomero </td><td> Dow Corning Canada </td><td></td><td> Quantità: 1 Contiene sia di base PDMS e catalizzatore </td></tr><tr><td> Oro vetrini rivestiti </td><td> EMF Corp </td><td> Cr / Au </td><td> Quantità: 1 Uno strato di adesione di Ti può essere utilizzato anche </td></tr><tr><td> Nessun 1,5 coprioggetto </td><td> Fisher Scientific </td><td> 12-541-B </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Focused Ion Beam-Sistema </td><td> Hitachi </td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td> Modulo di acquisizione dati portatile </td><td> Omega Engineering </td><td> USB-4711A </td><td> Quantity: 1 </td></tr><tr><td> Linear Stage </td><td> Parker </td><td> 4034M </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Laser Testa di diodi e di controllo </td><td> Sacher Lasertechnik Gruppo </td><td> TEC 120 </td><td> Quantità: 1 Manuale di sistema laser sintonizzabile Littrow </td></tr><tr><td> Oscilloscopio digitale </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> 20 nm Nanosphere Size Standards </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;Attacco obiettivo </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> 0.3 &quot;lente del tubo </td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td> Quantità: 2 </td></tr><tr><td> Di assorbimento ND 4,0 filtro </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Alluminio Breadboard </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Avalanche Fotodiodo </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Digital Optical Power Meter </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> Quantità: 1 Obsoleti, altri faranno </td></tr><tr><td> Forza Modulo di misura </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Cinematica Mirror Mount </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> Quantità: 1 Con dintorni di Quality Specchio IR Laser </td></tr><tr><td> Diodo laser driver a corrente costante </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> LD1255 piano di lavoro ottico di montaggio </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Montato acromatico semionda piastra </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> Quantità: 1 690 - 1200 nm </td></tr><tr><td> Tweezer Kit Ottico </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> Quantità: 1 Metrico o Imperiale </td></tr><tr><td> Messaggio Base Holder </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> Quantità: 2 </td></tr><tr><td> Alimentazione </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Cavo di Alimentazione </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Angolo piatto destro </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Morsetto ad angolo destro Messaggio </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Acciaio inossidabile Messaggio ottico </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> Quantità: 1 </td></tr><tr><td> Tabella Morsetto </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> Quantità: 2 Obsoleti, altri faranno </td></tr><tr><td> Sensore termico </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> Quantità: 1 Per digitale misuratore di potenza ottica </td></tr><tr><td> 100 pF condensatore </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> 200 Resistenza KOhm </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Foglio acrilico </td><td></td><td></td><td> Quantità: 3 &quot;x 1&quot; Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Assortimento di cavi coassiali, cavi e connettori </td><td></td><td></td><td> In base alle esigenze </td></tr><tr><td> Breadboard </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Concave Lens </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Diamante Cutter </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Nastro biadesivo </td><td></td><td></td><td> Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Lametta </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, non critico </td></tr><tr><td> Pinzetta </td><td></td><td></td><td> Quantità: 1 Ogni marchio, fine punta </td></tr></tbody></table>

trapping ottica di nanoparticelle

Optical Trapping of Nanoparticles

Trapping ottica è una tecnica per immobilizzare e manipolare piccoli oggetti in modo delicato con luce, ed è stato ampiamente applicato ad intrappolare e manipolare piccole particelle biologiche. Ashkin e collaboratori in primo luogo dimostrato pinzette ottiche utilizzando un unico fascio focalizzato 1. La trappola singolo fascio può essere descritto con precisione utilizzando la formulazione perturbativa forza gradiente nel caso di piccole particelle regime Rayleigh 1. Nel regime perturbativo, la potenza ottica richiesta per intrappolare una bilancia di particelle come la potenza inversa quarto della dimensione delle particelle. Elevate potenze ottiche possono danneggiare particelle dielettriche e causare riscaldamento. Per esempio, intrappolati sfere di lattice di 109 nm di diametro sono stati distrutti da un raggio 15 mW in 25 sec 1, che ha gravi implicazioni per la materia biologica 2,3. Un auto-indotta back-action (SIBA) intrappolamento ottico non sia stato proposto di intrappolare 50 sfere di polistirene nm nelnon-perturbativo regime 4. In un non-perturbativo regime, anche una piccola particella con contrasto permettività poco allo sfondo può influenzare significativamente il campo elettromagnetico ambiente e indurre una grande forza ottica. Come una particella entra un&#39;apertura illuminata, la trasmissione della luce aumenta notevolmente a causa di caricamento dielettrico. Se la particella tenta di lasciare l&#39;apertura, la trasmissione diminuita causa un cambiamento nella quantità di moto verso l&#39;esterno dal foro e, dalla terza legge di Newton, comporta una forza sulle particelle verso l&#39;interno nel foro, intrappolando la particella. La trasmissione della luce può essere controllata, di conseguenza, la trappola può diventare un sensore. La tecnica di intrappolamento SIBA possono essere ulteriormente migliorate utilizzando un doppio nanohole struttura. Il doppio nanohole struttura è stata mostrata per dare un forte aumento campo locale 5,6. Tra le due punte taglienti della doppia nanohole, una piccola particella può provocare un grande cambiamento in ottica transmission, inducendo così una grande forza ottica. Come risultato, le nanoparticelle più piccole possono essere intrappolati, come 12 nm sfere silicato 7 e 3,4 nm idrodinamiche raggio di albumina sierica bovina proteine ​​8. In questo lavoro, la configurazione sperimentale utilizzato per la cattura delle nanoparticelle è delineato. Prima, abbiamo dettaglio l&#39;assemblaggio del trapping configurazione che si basa su un Optical Tweezer Kit Thorlabs. Successivamente, si spiega la procedura nanofabbricazione del doppio nanohole in un film metallico, la fabbricazione della camera microfluidica e la preparazione del campione. Infine, dettaglio la procedura di acquisizione dei dati e fornire risultati tipici per intrappolare 20 nanosfere di polistirene nm.

<html> Una traccia di acquisizione tipico è illustrato nella figura 5a. Un evento di cattura è tipicamente improvviso, con un bordo tagliente, che mostra un interruttore evidente tra i livelli di trasmissione di due alimentatori. Poiché le particelle sono soggette a moto browniano, gli eventi di cattura si verifica in modo casuale. Per 20 particelle nm, i cambiamenti di trasmissione di cattura sono stati in genere intorno al 5-10% e tempi di cattura, circa 10-300 sec. Il tempo tipico di realizzare un evento di cattura per l&#39;alimentazione e la concentrazione di cui sopra è dell&#39;ordine di un minuto. A causa dell&#39;impedimento sterico è raro vedere intrappolamento delle particelle multiple simultaneamente, anche se una volta una particella viene rilasciato, viene tipicamente seguita da un successivo evento di cattura. A seconda della qualità dei risultati, ci può essere un aumento nel rumore di segnale nello stato intrappolato. Questo aumento di rumore viene dal moto browniano delle particelle intrappolate. Senza la particella intrappolata, questa sorgente di rumore non è presente. <html> _content &quot;&gt; Alcuni artefatti possono comparire nei risultati che non sono indicativi di eventi di cattura. risultati mostrano alla deriva, lenti cambiamenti nella trasmissione per un periodo di minuti, come mostrato nella figura 5b, deve essere eliminata. Altri artefatti possono anche essere presenti tali come variazioni di trasmissione incoerenti, i rumori eccessivi o non cattura a tutti., ad esempio, le bolle possono causare salti di intensità discontinua se non si prendono precauzioni per garantire che la camera è priva di bolle. Queste bolle rispondono in maniera diversa agli eventi di cattura in termini di dinamica cambiamento del comportamento e l&#39;intensità, e in modo che siano facilmente identificabili. Tali sintomi possono essere causati da una cattiva doppio nanohole struttura, contaminanti o vibrazioni meccaniche. Situato in posizione tranquilla, a bassa attività impostazione è altamente raccomandato di mettere questa configurazione. Inoltre, permettendo laser e fase per risolvere alcuni minuti dopo l&#39;allineamento può aiutare pure. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; Figura 1 apertura di trasmissione ottica Subwavelength: a) Senza particelle, b) la trasmissione maggiore resa, grazie particelle dielettrico, c) Se i tentativi di particelle di lasciare, la diminuzione della quantità di moto della luce (AT) causerà una forza (F) sulla particella per. tirare indietro nel foro; d) Red-spostamento della curva di trasmissione causato dalla particella, portando alla variazione AT trasmissione. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . Figura 2 a), schema generale di schiacciamento di installazione, ampliamento del cerchio rosso è indicato in b) b) l&#39;allargamento e il doppio nanohole, e le nanosfere all&#39;interno della camera di PDMS, c) Immagine SEM del doppio-nanohole struttura. Acronimi utilizzati: LD = diodo laser; ODF = densità ottica del filtro; HWP = semionda piastra; BE = beam expander; MR = specchio; MO = obiettivo microscopio; OI MO = olio immermicroscopio obiettivo sione; DH = doppio nanohole; APD = valanga fotorivelatore. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> Figura 3 a) figura bitmap Esempio utilizzati nella fabbricazione FIB;. B) Una immagine SEM di un doppio nanohole. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> Figura 4. Schema di processo per fabbricare la camera microfluidica. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> Figura 5. (A) acquisizione tipica di cattura eventi con sfere di polistirene 20 nm. (B) Un acquisto che mostra scarsa acuta deriva.

I seguenti dettagli approccio di impostazione di cattura a bassa potenza ottica di dielettrico nanoparticelle con un doppio nanohole in film metallico.

Trapping ottica di nanoparticelle

La trappola ottica è una tecnica per immobilizzare e manipolare piccoli oggetti in modo delicato utilizzando la luce, ed è stata ampiamente applicata per intrappolare...

L'obiettivo generale di questa procedura è creare un sistema di trappole ottiche ad apertura per catturare particelle di circa 20 nanometri di dimensione. A tale scopo, viene aggiunto un rivelatore a un sistema esistente di trappole ottiche laser per abilitare la misurazione. Successivamente, la soluzione di nanoparticelle da misurare viene dispensata in una camera microfluidica contenente la trappola a doppio foro nanometrico, e la camera viene inserita nel sistema di trappole ottiche.Quando una particella entra nell'apertura illuminata, la trasmissione della luce aumenta notevolmente a causa del carico dielettrico. Se la particella tenta di uscire dall'apertura, la riduzione della trasmissione provoca un cambiamento del momento diretto verso l'esterno rispetto al foro e, in base alla terza legge di Newton, si genera una forza che riattira la particella all'interno del foro, intrappolandola. La particella provoca uno spostamento verso il rosso della curva di trasmissione, che può essere monitorato.Pertanto, la trappola può diventare un sensore. In definitiva, è possibile ottenere risultati che mostrano eventi di intrappolamento di nanoparticelle, inclusi il dispiegamento delle proteine intrappolate, indicati da variazioni dell'intensità del laser attraverso il doppio foro nanostrutturato. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come la trappola ottica a forza di gradiente, è che può intrappolare nanoparticelle più piccole utilizzando intensità laser inferiori.Questo metodo può aiutare a rispondere a domande fondamentali in biochimica, come ad esempio come si ripiegano e interagiscono le singole proteine e come le particelle virali infettano le cellule viventi. In generale, le persone che adottano questo metodo incontreranno difficoltà perché è complesso integrare il doppio foro nana in un sistema di trappole laser esistente. La configurazione della trappola ottica si basa su un kit di pinzette ottiche di Thor Lab, dotato di un modulo per la misurazione della forza.Un fotodiodo ad avalanche viene utilizzato per sostituire il rilevatore a quadrante nel modulo di misurazione della forza. Durante l'allestimento del sistema di trappola ottica, si deve indossare protezione oculare ogni volta che il laser è acceso. Assicurarsi che il fascio sia contenuto all'interno di un'area sicura operando in una stanza chiusa e limitando il fascio all'interno dell'apparato di trappola il più possibile; si consiglia di evitare gioielli riflettenti.Indossare guanti in lattice. Per garantire la pulizia dell'ottica, configurare il kit della pinza ottica e il modulo di misurazione della forza. Secondo le istruzioni del produttore, il kit della pinza ottica assemblato ha una configurazione a microscopio invertito ed è composto dai seguenti elementi: un laser trappola, un obiettivo ad immersione in olio da 100x, una piattaforma di posizionamento del campione a tre assi e una telecamera CCD.Si noti che è consigliabile adottare protezioni contro le scariche elettrostatiche durante la manipolazione dei diodi laser. Il modulo di misurazione della forza consente la calibrazione delle pinze ottiche mediante il rilevamento posizionale del piano focale posteriore del condensatore. Viene utilizzato un fotodiodo a valanga a base di silicone o un PD al posto dei moduli di misurazione della forza.Il rilevatore di posizione a quadrante inserisce anche un filtro resistore-condensatore o filtro RC utilizzando una resistenza da 200 kilo ohm e un condensatore da 100 picofarad. Questo viene utilizzato per ridurre il rumore ad alta frequenza e facilitare l'osservazione degli eventi di intrappolamento sull'oscilloscopio. Utilizzare un cavo coassiale per collegare il filtro RC dopo il PD A. Quindi utilizzare cavi coassiali e un adattatore a T per collegare l'oscilloscopio e il modulo di acquisizione dati al filtro RC.Il sistema è ora pronto per il caricamento del campione. L'apertura con doppio foro nano è composta da due fori nano realizzati in un film d'oro mediante un fascio ionico focalizzato. Il film ha uno spessore di 100 nanometri ed è sostenuto da un substrato di vetro.I nano fori si sovrappongono per produrre due punte acute. Le nanoparticelle verranno intrappolate nel gap tra queste punte dalla luce laser che incide sul doppio nano foro.Si dovrebbero inoltre realizzare delle grandi strutture di allineamento nel film metallico per facilitare l'individuazione della posizione del doppio nano-foro nel microscopio ottico. Queste strutture dovrebbero essere posizionate a circa 100 micron di distanza dal doppio nano-foro. Versare 10 grammi di poli dimetil silossano o base PDMS e un grammo di agente indurente in un bicchiere monouso e mescolare per alcuni minuti.Quindi evacuare la miscela in una camera a vuoto fino a quando tutte le bolle non scompaiono. Successivamente, versare 1,5 grammi di PDMS in una piastra di Petri di nove centimetri di diametro. Applicare il PDMS sul fondo della piastra di Petri mediante spin coating a 950 giri al minuto per 65 secondi, seguendo la procedura di centrifugazione.Lo spessore non è critico, purché sia inferiore a 80 micron. Posizionare delicatamente tre a cinque coprioggetti numero 1,5 sul PDMS in modo che non si sovrappongano ed evacuare per 30 minuti.Se durante l'evacuazione i vetrini hanno scivolato e si sono sovrapposti, spostarli delicatamente l'uno dall'altro. Assicurarsi che il PDMS sotto i vetrini rimanga sottile e uniforme. Quindi sottoporre nuovamente la piastra di Petri a evacuazione per 30 minuti.Rimuovere la piastra di Petri dalla camera a vuoto e riscaldarla su una piastra termica per 20 minuti a 85 gradi Celsius per polimerizzare il PDMS. Una volta che il PDMS si è solidificato, utilizzare una lametta per tagliare lungo i bordi di uno dei vetrini. Quindi, usando pinzette a punta fine o una lametta, sollevare delicatamente il vetrino: uno strato sottile di PDMS aderirà al vetrino.Posizionare il vetrino con il PDMS in una nuova piastra di Petri. Quindi, utilizzando una lametta, ritagliare una finestra di tre millimetri per tre millimetri nel PDMS. Questa finestra formerà la camera in cui verrà conservata la soluzione di nanoparticelle.Utilizzare un taglierino laser per fabbricare un supporto in acrilico per vetrini microscopici con un foro centrale del diametro di tre quarti di pollice. Applicare nastro adesivo doppio su entrambi i lati lungo la circonferenza del foro. Utilizzare una lama di rasoio per rimuovere qualsiasi eccesso di nastro.Posizionare il vetrino fabbricato su una delle coprioggetti preparate rivestite con PDMS in modo che il PDMS sia incapsulato tra il vetro e l'acrilico. Utilizzando una pipetta microlitrica, aggiungere alcune gocce di soluzione di nanosfere di polistirene allo 0,05% in peso per volume alla finestra di PDMS.Aggiungere una goccia sul film d'oro nella zona in cui si trovano i nano fori. Posizionare il campione d'oro sopra le coprioggetti, con i nano fori all'interno della finestra in PDMS. Assicurarsi che non siano presenti bolle nella camera.Quindi premere il campione d'oro contro il vetrino. Rimuovere con delicatezza e asciugare qualsiasi soluzione in eccesso, poiché verrà utilizzato un obiettivo ad immersione in olio. Aggiungere una goccia di olio sull'altro lato del vetrino, sopra la finestra in PDMS.Prendere nota della posizione dei nano fori. Inserire il microscopio. Inserire il vetrino nel portavetrino con l'olio rivolto verso il basso, quindi abbassare il portavetrino fino a quando l'olio di immersione entra in contatto con il microscopio.Obiettivo, allineare approssimativamente la piastra in modo che i segni di registrazione incisi nel film d'oro siano posizionati sotto l'obiettivo. Utilizzando un software di acquisizione delle immagini come Thor site, incluso nel kit di trappolamento, individuare i segni di registrazione sul film d'oro e seguire le linee indicatrici fino ai nano fori.Posizionare il vetrino in modo che i segni indicatori e le altre aree aperte siano lontani dal centro dello schermo. Un'eccessiva trasmissione della luce può danneggiare il fotodiodo A attivando il laser. Poiché lo specchio dicromatico non è perfetto, dovrebbe apparire un punto vicino al centro dello schermo proveniente dal fascio laser.Utilizzando il software di controllo dello stage piezoelettrico, affinare ulteriormente l'allineamento lungo tutti e tre gli assi. Quando l'allineamento è corretto, si osserverà il massimo di una tensione PD, indicando la trasmissione massima attraverso l'apertura nanometrica.Ora che il sistema è configurato e il campione è stato caricato, è possibile acquisire i dati del trappolamento ottico. Con l'aiuto dei segni indicatori, posizionare il punto vicino a una posizione nota di un nano foro. I doppi nano fori saranno troppo piccoli per essere risolti chiaramente e appariranno come piccoli punti sullo schermo.La trasmissione della luce attraverso il campione è indicata dal livello del segnale sull'oscilloscopio. Allineare ulteriormente il campione in modo da massimizzare la trasmissione della luce. Prestare attenzione ai segni indicatori e alle graffiature visibili e non visibili, poiché la trasmissione della luce sarà elevata in queste aree; i nano fori mostreranno bruschi salti nella trasmissione della luce, a differenza dei graffi.Utilizzare la piastra ondulata per ottenere cambiamenti più graduali. Regolare la polarizzazione della luce per raggiungere la massima trasmissione luminosa quando la struttura a doppio nano-foro è polarizzata. Per acquisire i dati, campionare la tensione degli APD mediante il modulo di acquisizione dati per il tempo desiderato.Tempi di acquisizione sono tipicamente nell'ordine delle centinaia di secondi. In questo caso, si utilizza un software personalizzato per l'acquisizione dei dati e la tensione viene campionata 2000 volte al secondo. Utilizzando MATLAB, filtrare i dati acquisiti mediante un filtro KY Gole e tracciarli in funzione del tempo su un grafico per mostrare l'intrappolamento di nanoparticelle di polistirene di 20 nanometri; la trasmissione attraverso la doppia nanoapertura è stata misurata in funzione del tempo.È stata quindi tracciata la trasmissione ottica utilizzando un PD. Nel tempo, l'evento di trappolamento è caratteristicamente improvviso, con un bordo netto che mostra un chiaro passaggio tra due livelli di potenza di trasmissione, come mostrato in questo esempio; nello stato di trappolamento si osserva spesso un aumento del rumore del segnale. Questo aumento del rumore è dovuto al moto browniano della particella trappolata.Si noti che, in assenza della particella intrappolata, questa fonte di rumore non è presente. Alcuni artefatti potrebbero comparire nei risultati senza indicare effettivi eventi di intrappolamento. I risultati che mostrano deriva, osservabile come lente variazioni della trasmissione nel corso di alcuni minuti come mostrato qui, devono essere scartati. Seguendo questa procedura, altri metodi come la spettroscopia Raman e la spettroscopia fluorescente possono essere eseguiti per rispondere ad ulteriori domande sulla natura della nanoparticella intrappolata dopo il suo sviluppo.Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori per lo studio di nanoparticelle biologicamente rilevanti a livello di singola molecola. Ad esempio, per rilevare il legame proteico e per studiare l'infezione virale entrambi a livello di singola molecola. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come integrare un doppio trappola ottica nho in un sistema laser a microscopio invertito T per intrappolare singole nanoparticelle.

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