Intrappolamento delle Micro particelle in grata ottica Nanoplasmonic

Descriviamo una procedura per intercettare otticamente micro-particelle in grata ottica nanoplasmonic.

L'obiettivo generale di questo esperimento è dimostrare come intrappolare microparticelle con reticoli ottici plasmonici con una tecnica che sopprime la convezione fototermica. La caratteristica principale di questa tecnica è che utilizziamo la serie di nanostrutture plasmoniche per migliorare l'efficienza di intrappolamento. Inoltre utilizziamo una proprietà di fermentazione unica dell'acqua, un coefficiente di dilatazione termica dello 0% a bassa temperatura per sopprimere la convezione fototermica.

A dimostrare questa procedura sarà Dinesh Bhalothia, uno studente laureato del mio laboratorio. La configurazione dell'esperimento si basa su un kit di pinzette ottiche. Questo kit di pinzette ottiche modificate con un modulo di florescenza è pronto su una breadboard.

Un LED e un laser a diodi forniscono luce per la fioritura e la manipolazione. Specchia la luce diretta attraverso una lente obiettiva. L'obiettivo focalizza la luce su uno stadio campione che funge anche da dissipatore di calore.

Una telecamera CCD acquisisce le immagini dal campione. Questi elementi sono più evidenti in questo schema. Un LED blu a 470 nanometri è la sorgente luminosa per il modulo di florescenza.

Un diodo laser a 980 nanometri fornisce luce laser a fuoco libero per la manipolazione. L'obiettivo è un obiettivo per microscopio a lunga distanza di lavoro. L'attività sullo stadio di campionamento viene registrata da una telecamera CCD.

Accendere l'alimentazione e la corrente per il diodo laser a 980 nanometri. Utilizzare la telecamera CCD per controllare l'allineamento del raggio laser. Se il raggio è ben allineato, l'immagine della telecamera sarà un punto gaussiano.

Spegni il laser per i passaggi successivi. Un aspetto importante della configurazione è il sistema di raffreddamento. Lo stadio del campione è un dissipatore di calore progettato per ospitare un raffreddatore termoelettrico.

Lavorare con l'elettronica del sistema per prepararsi ad aggiungere il dispositivo di raffreddamento termoelettrico. C'è un circuito di pilotaggio personalizzato per questo esperimento. Effettuare i collegamenti tra il circuito di pilotaggio e la scheda elettronica di controllo.

Successivamente, procurati un elemento di raffreddamento termoelettrico che si adatti allo stadio del campione e con un foro per consentire il passaggio del raggio laser. Collegare l'uscita del circuito di pilotaggio all'elemento di raffreddamento termoelettrico. Spostare l'elemento di raffreddamento sul tavolino di campionamento.

Prima di continuare, collegare il circuito driver a un'alimentazione a cinque volt. Per monitorare la temperatura, utilizzare una telecamera a infrarossi rivolta in avanti e verificare che il sistema si raffreddi correttamente prima di procedere. A tal fine, utilizzare una termoresistenza e il relativo sensore.

Iniziare con il sensore su un vetrino coprioggetti. Trasferire il sensore e il vetrino di copertura sul tavolino di campionamento. Applicare una piccola quantità di pasta termica per garantire il contatto termico.

Lì, mettere il gruppo a contatto con il palco. Ai comandi, regolare la potenza dell'elemento di raffreddamento termoelettrico. Dopo tre minuti, leggere la temperatura utilizzando il termometro del rilevatore di temperatura a resistenza.

Inoltre, registra la temperatura con la telecamera a infrarossi lungimirante. Ripetere queste due misurazioni a varie impostazioni di potenza di uscita per ottenere una curva di calibrazione della temperatura simile a questa. La calibrazione è essenziale.

Prima di procedere, togliere l'alimentazione al raffreddatore termoelettrico. L'elemento finale della configurazione è l'array nanoplasmonico. Il coperchio del vetrino ha un array fabbricato su misura ed è pronto per essere montato nell'esperimento.

Questa immagine al microscopio elettronico a scansione dell'array fornisce maggiori dettagli. Si tratta di una matrice di circa 16 micrometri quadrati di nanodischi d'oro 22 per 22. Ogni nanodisco ha uno spessore di 40 nanometri e un diametro di 550 nanometri.

L'interasse tra i dischi è di 750 nanometri. Posizionare il coperchio del vetrino con l'array nanoplasmonico sul tavolino del campione. Deve essere a contatto con il frigorifero termoelettrico.

Quindi, imposta la fonte di luce. Accendi la sorgente di luce fluorescente e imposta la potenza su cinque milliwatt per l'imaging in campo chiaro. Monitora l'immagine CCD mentre manipoli la diapositiva.

Utilizzare l'indicatore sulla diapositiva per individuare e allineare l'array. Assicurarsi che l'array si trovi al centro dell'area di interesse sullo schermo del computer. Ora, passa al campione per l'esperimento.

È una miscela di due particelle di polistirene di diametro micrometrico in acqua deionizzata. Utilizzare una micropipetta per erogare 10 microlitri sul vetrino nanoarray. Passare all'alimentazione corrente del diodo laser a 980 nanometri.

Accendilo per eccitare la risonanza plasmonica dell'array. Quindi lavorare con l'alimentatore del sistema di raffreddamento per raggiungere una temperatura di quattro gradi Celsius. Infine, inizia a registrare il video delle microparticelle con la telecamera CCD.

Questo è un esempio del video registrato durante un esperimento con due sfere di polistirene micrometriche. La potenza ottica del laser con lunghezza d'onda di 980 nanometri utilizzato per l'eccitazione della risonanza plasmonica è di cinque milliwatt. Si noti che le particelle si raggruppano in una struttura esagonale e compatta.

Queste immagini fisse sono delle microparticelle intrappolate accumulate nel tempo. Ancora una volta, la struttura esagonale a pacco chiuso è chiara. Immagini come queste possono fornire dati per produrre un grafico del numero di microparticelle intrappolate in funzione del tempo.

Queste cinque curve colorate sono esempi di traiettorie di microparticelle che possono essere estratte dal video registrato utilizzando tecniche di elaborazione delle immagini e l'algoritmo del centroide. La barra della scala rappresenta due micrometri. La procedura qui riportata consente a un ricercatore di riprodurre quotidianamente la cattura.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di utilizzare la telecamera a infrarossi per monitorare la temperatura del campione per evitare la rottura del campione. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dell'intrappolamento ottico per studiare una classe più ampia di fenomeni di trasporto nel reticolo ottico plasmonico. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire l'intrappolamento ottico con il reticolo ottico plasmonico,