Name: ナノ粒子の光トラッピング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 39 s
Description: 学ぶ、低レーザー強度で誘電体ナノ粒子を光トラッピングする方法。ダブルナノホールアパーチャを用いて約20ナノメートルの粒子を捕捉し、タンパク質の折りたたみやウイルス感染メカニズムなどの生化学的プロセスを単一分子レベルで研究できます。

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我々はカナダディスカバリーグラントの自然科学·工学研究会議（NSERC）から、このパブリケーションと資金を後援するためのThorlabsを認める。私たちは、このビデオの記事のメイキングでの生産支援のためにブライスCyrさんとダグラスRennehanに感謝します。

SIBAトラッピング技術の原理を図1に示します。 図2に実験装置の概略図である。 1。光トラッピングセットアップ手順のこのセクションについては、キットのセットアップの詳細については光トラッピングキットマニュアル9または光学式力計測モジュール取扱説明書10を参照してください。アバランシェフォトダイオード（APD）は象限位置検出器の代わりに使用されることに注意してください。光トラッピングキットに含まれていないネジは、キャップスクリューとハードウェア·キット（Thorlabs、HW-KIT2）のものを使用します。レーザーがオンのときに目の保護具を常に着用する。ビームは安全な領域内に含まれており、そのような宝石のような反射アクセサリーは、避けるべきであることを確認してください。レーザダイオードを取り扱うときにも、静電放電保護が賢明です。 <ol><li>光ピンセットキット（Thorlabs、OTKB / M）と力measを設定するそれぞれの製品の取扱説明書に従ってurementモジュール（Thorlabs、OTKBFM）。シリコンベースのアバランシェフォトダイオード（APD）（Thorlabs、APD110A）は象限位置検出器は、力測定モジュールの（Thorlabs、OTKBFM）の代わりに使用されます。 </li><li>同軸ケーブルを介してオシロスコープ（Tektronics、TDS1012）にAPDを接続します。 </li><li>ビームエキスパンダー内部半波長板（Thorlabs、AHWP05M-980）を追加します。半波長板が2つのレンズチューブ（Thorlabs、SM1L03）との間で締結されている。 </li></ol> 2。ナノファブリケーション<ol><li> 4同一のピースに金コーティングテストスライド（EMF社は、Cr / Au）を切り取ります。市販のスライドに代わるものとして、我々はまた、時のために200℃の高温基板温度で1平方インチスライドガラス上に電子ビーム蒸着法により堆積2nm以下のTi密着層と、厚さ100nmのAu膜を使用していた少なくとも1時間。これは滑らかな多結晶膜を生成します。 </li><li>への入力としてダブルナノホール構造体のビットマップイメージを作成集束イオンビーム（FIB）システムはビットマップです。画像は、2つの黒丸、190nmの中心間距離、中心に直径160nmで構成されています。このテンプレートは、約15nmの先端分離を作成します。サークルの間で、任意の細い線が先端の間の任意の残留金属を除去するために配置することができます。 図3aは、例えばビットマップイメージを示しています。 </li><li> FIB（日立は、FB-2100）ミリング装置を用いたダブルナノホール構造を作製。 FIBミリングパターン（ビットマップ内の暗い領域がFIBによって粉砕される）にステップ2.2でビットマップに変換します。 40 kVの、60 K倍の倍率で15μmの直径の開口を制限するビームのイオン加速電圧を使用しています。ミル80は、各パスで5μsecの投与時間を各ナノホールダブルで通っている。 図3bは、典型的な結果として得られる構造を示しています。必要に応じて繰り返します。エラーを許容するように、複数のナノホールがなされるべきである。 </li><li>どちらFIBおよび/またはHでを使用して、登録のマーカーを追加および（S）ダブルナノホールのおおよその位置を示します。 </li><li>必要に応じて、正確に構造品質​​と先端の分離を評価するために穴のSEM像を撮る。 </li></ol> 3。マイクロ流体商工会議所マイクロ流体チャンバーを製造するためのプロセスフロー図を図4に示します。 <ol><li>使い捨てカップにポリジメチルシロキサン（PDMS）ベース（ダウコーニングカナダ、シルガード184シリコーンエラストマーベース）の10グラムと硬化剤の追加1グラム（ダウコーニングカナダ、シルガード184シリコーンエラストマー硬化剤）を注ぐ。数分間混ぜる。 </li><li>すべての泡がなくなるまで、真空チャンバー内に混合物を避難させる。 </li><li>直径9cmシャーレにPDMSの1.5グラムを注ぐ。 65秒図4b 950 rpmでシャーレの底にスピンコートPDMSは結果を示しています。厚さは80μmである下である限り重要ではなく、金膜が底顕微鏡objectiv内にあるeのワーキングディスタンス。 </li><li>優しく場所3月5日＃1.5 図4cに示すように、彼らは30分間重なり、避難しないように、PDMS上にカバースリップ（フィッシャーサイエンティフィック、12-541-B）。 </li><li>カバースリップの移動や避難時の互いの上に積み重ねた場合は、静かにお互いを離れてそれらを移動します。注意が薄く均一なカバーガラスの下にPDMSを維持するように注意しなければなりません。 </li><li>カバースリップの操作が必要であった場合、30分間再びシャーレを避難。 </li><li>真空チャンバからペトリ皿を取り外し、85℃で20分間ホットプレート上で調理℃に</li><li>カミソリの刃を使用して、カバーの1つが優しく細かい先端のピンセットを使用したスライドをこじ開けスリップ切り取る。 PDMSは図4eのように、PMMAのペトリ皿よりもガラスカバースリップに、より接着剤であるとして、PDMSの薄い層がカバースリップ上に滞在します。 </li><li> 図4fのようにカミソリの刃でPDMSにおける3×3 mmの窓を切り取る。このウィンドウには、チャンバーを形成することになるここで、nanoparticle溶液は保持されます。 </li></ol> 4。試料調製<ol><li>アクリルを使用して中央に¾ &quot;直径の穴を顕微鏡スライドを作製し、これをレーザーカッターで達成することができる。他の材料も同様に使用することができます。金サンプルは穴の内部に配置されます。 </li><li>テープ、両面テープで穴の周囲を。過剰なテープをカットするカミソリの刃を使用しています。 </li><li>カバースリップの上に置いて、顕微鏡スライド、PDMSは表向き。 </li><li> 1％w / vのからw / vの脱イオン水を使用して0.05​​％にポリスチレンナノ粒子溶液（サーモサイエンティフィック、3020A）を希釈します。マイクロピペットを使用することができます。 </li><li> PDMSのウィンドウ内の溶液を数滴を追加します。ナノホールが配置されている金の試料上にドロップを追加します。 </li><li>ナノホールはPDMSのウィンドウ内にあるようなカバースリップの上に金のサンプルを入れます。気泡がチャンバ内に存在しないことを確認してください。カバースリップとDAB余分な溶液に対して金のサンプルを押してください。 </li><li>油浸対物レンズ（必要な場合は、ここですが、そうでないとして）を使用している場合は、PDMSのウィンドウの下に、カバーガラスの反対側に液浸オイルのドロップを追加。ナノホールの場所をメモしておいてください。 </li><li>液浸油は、顕微鏡の対物レンズと接触するまでスライドホルダー、下向きにオイルしてから、下部のスライドホルダーに顕微鏡スライドを挿入します。 </li><li>大体インジケーターマークが目的の下にあるようなスライドステージの位置を合わせます。 </li><li>ナノホールに至るまでの表示ラインに従ってください。インジケータ·マークやその他のオープンエリアが画面中央からクリアされるような位置にスライド。過度の光透過率は、APDを損傷することがあります。 </li><li>レーザーをオンにします。ダイクロイックミラーは完璧ではないように、レーザービームから画面の中心付近のスポットが表示されるはずです。 </li><li>ピエゾステージ制御ソフトウェアを使用し、さらに、すべての3つの軸でアライメントを微調整。 </li></ol> 5。データ収集<ol><li> HELとインジケーターマークの電話、位置既知のナノホール場所の近くにスポットを。ナノホールは、解決するには小さすぎるであろうとスポットとしてのみ表示されます。 </li><li>試料を通る光の透過をオシロスコープの信号レベルによって示されます。光透過率を最大にするように、さらに、試料の位置を合わせます。インジケーターマークと光伝送は、これらの分野で高いだろうとして、可視と不可視の傷のように注意してください。傷がより緩やかな変化を示しながら、ナノホールは、光透過率の突然のジャンプが表示されます。 </li><li>ダブルナノホール構造が偏光しているように波長板を使用し、最高の光伝送用の光の偏光を調整します。 </li><li> 、ノイズを最小限に抑えるため、ブレッドボード、200kΩの抵抗と100pFのコンデンサでRCフィルタを構築し、同軸ケーブルを介して、APDの後にそれを接続します。これらの値は、必要なデータ取得の帯域幅を考慮し、最適なパフォーマンスを得るために調整することができます。 </li><li>オシロスコープやデータアキを接続する同軸ケーブルとTアダプタ付RCフィルタにitionモジュール（オメガ、USB-4711A）。 </li><li>所望の時間データ集録モジュールを使用してAPDの電圧をサンプリングする。取得時間は秒の何百もののが一般的です。この場合、カスタムソフトウェアパッケージは、データ取得のために使用された。電圧は、毎秒2000回でサンプリングされます。 </li><li> MATLABを使っては、Savitzky-Golayフィルタを使用して取得したデータをフィルタリングして、グラフ上の時間に対してプロットします。 </li></ol>

<ol><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., 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+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Opt. Lett. 11, 288-290 (1986).</li>
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	 <a target="_blank" href="http://www.thorlabs.com/thorcat/19500/OTKBFM-Manual.pdf">http://www.thorlabs.com/thorcat/19500/OTKBFM-Manual.pdf</a> (2011).</li>
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<li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+optical+trapping+and+arrangement+of+nano-objects+in+a+plasmonic+nanocavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity.</a> Nano Lett. 12, 125-132 (2012).</li>
<li>Lyer, S., Popov, S., Friberg, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+apexes+on+the+resonance+shift+in+double+hole+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Impact of apexes on the resonance shift in double hole nanocavities.</a> Opt. Express. 18, 193-203 (2010).</li>
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<li>Liu, Y., Sonek, G. J., Berns, M. W., Tromberg, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+monitoring+of+optically+trapped+cells%3A+Assessing+the+effects+of+confinement+by+1%2C064%C3%A2%E2%82%AC%E2%80%B0nm+laser+tweezers+using+microfluorometry%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Physiological monitoring of optically trapped cells: Assessing the effects of confinement by 1,064â€‰nm laser tweezers using microfluorometry.</a> Biophys. J. 71, 2158-2167 (1996).</li>
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<li>Yu, D., Blankert, B., Viré, J. C., Kauffmann, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biosensors+in+drug+discovery+and+drug+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Lett%22%5BJournal%5D)">Biosensors in drug discovery and drug analysis.</a> Anal. Lett. 38, 1687-1701 (2005).</li>
<li>Luppa, P. B., Sokoll, L. J., Chan, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Immunosensors-principles+and+application+to+clinical+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Chim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Immunosensors-principles and application to clinical chemistry.</a> Clin. Chim. Acta. 314, 1-26 (2001).</li>
<li>Min, Q., Santos, M. J. L., Girotto, E. M., Brolo, A. G., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localized+raman+enhanced+from+a+double-hole+nanostructure+in+a+metal+film%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Localized raman enhanced from a double-hole nanostructure in a metal film.</a> J. Phys. Chem. C. 112, 15098-15101 (2008).</li>
<li>Weber-Bargioni, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+nanoscale+imaging+on+dielectric+substrates+with+coaxial+optical+antenna+scan+probes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral nanoscale imaging on dielectric substrates with coaxial optical antenna scan probes.</a> Nano Lett. 11, 1201-1207 (2011).</li>
</ol>

この記事への生産とフリーアクセスがThorlabsが主催しています。

現在の設定はナノホールの構造に起因し効果的な捕捉能力を持つ。低い光強度でこのナノホールトラップ〜10 nmスケール誘電体粒子。他の新規光学トラップは、光学ダイポールアンテナ11、ウィスパリングギャラリーモード光共振器12,13と導波路14を含むが、これらは一般的に、必要な光パワーに対する粒子の逆四次スケーリングによって制限されている摂動政権で動作サイズ、SIBAとダブルナノホールトラップとは異なります。代替開口部の形状は、そのような長方形のプラズモニックナノ細孔15として、捕獲のために提示されています。ダブルナノホールトラップによって示される他の有利な資質は、粒子サイズ選択行動7、単一トラップ場所（多粒子捕獲を制限するため）、および製作16のしやすさを含む。 FIBを使用する代わりに、ダブルナノホールはコロイドリトグラフを用いて作製することができますY 6。 大きな分極率とサイズの生物学的物質の捕捉菌3に含まれている、生きている細胞17,2,18、タバコモザイクウイルス3と操作と大きな誘電体粒子19が両端でつながれたDNA鎖の伸張であるが、直接のトラッピングは小さいテザリングなしの生体試料は依然として厳しい。このトラップ設定は、小さな生物粒子が損傷またはテザリングせずに長時間保持することができるように、従来の光ピンセットと円形ナノホールより低い光強度で小さな誘電体粒子を捕捉することが可能です。また、トラップイベントは、このセットアップは敏感なセンサーとして機能し、ウイルスやタンパク質などの生物学的最小の粒子を検出することができ、高い信号対雑音比を示す。実際には、20nmのポリスチレン球は、最小の生物学的粒子に匹敵する1.59の屈折率を有することウイルスなど。この方法は、生物学的な粒子を含む、ナノ粒子の固定化と操作のための信頼性の高い成熟した技術になる可能性があります。 この技術の応用は、マイクロ流体環境への統合が含まれます。代わりに、単一のマイクロ流体チャンバー、チャネルが動的屈折率検出のための理想的な環境を制御するために使用されるであろう。このような設定は、より安定した堅牢なセットアップと溶質の高速分析につながる単一マイクロ流体チップ内に設定されるであろう。別のオプションは、単一の蛍光標識ウイルス、半導体量子ドットおよび緑色蛍光タンパク質の特性評価のための蛍光検出方式の開発である。また、この設定では、非常に小さなサンプルを分析できるようになり、単一のウイルスまたはタンパク質のバイオセンサーへの変更のために可能性を秘めています。創薬21と疾患と感染症検出部22は 、単一のタンパク質検出器の恩恵を受けるだろう。ラマンSPEctroscopyは、粒子と単結合事象のラマン信号の検出のために組み込むことができます。ダブルナノホール構造は、チップ増強ラマン分光法23に適し、先端に強い局所的な場の拡張を可能にします。材料特性の特異性の高いラベルフリー法もラマン分光法24を用いて可能であろう。

<table border="1"><tbody><tr><td> 名前 </td><td> メーカー </td><td> シリアルナンバー </td><td> 注釈 </td></tr><tr><td>液浸油</td><td> Cargille Labs社</td><td> 16484 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>シルガード184シリコーンエラストマーキット</td><td>ダウコーニングカナダ</td><td></td><td>数量：1 PDMSをベースと硬化剤の両方が含まれています</td></tr><tr><td>ゴールドコーティングされた試験スライド</td><td> EMFのコープ</td><td>のCr / Auの</td><td>数量：1 のTi接着層も同様に用いることができる</td></tr><tr><td>いいえ1.5カバースリップん</td><td>フィッシャー·サイエンティフィック</td><td> 12から541-B </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>集束イオンビームシステム</td><td>日立</td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td>ポータブルデータ集録モジュール</td><td>オメガエンジニアリング</td><td> USB-4711A </td><td> Quantity：1 </td></tr><tr><td>リニアステージ</td><td>パーカー</td><td> 4034M </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>レーザダイオードヘッドとコントローラ</td><td>ザッハーLasertechnikグループ</td><td>テック120 </td><td>数量：1 マニュアルチューニング可能リトローレーザーシステム</td></tr><tr><td>デジタルオシロスコープ</td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td> 20nmのナノスフェアサイズ規格</td><td>サーモサイエンティフィック</td><td> 3020A </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;レンズマウント</td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td> 0.3 &quot;のレンズチューブ</td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td>数量：2 </td></tr><tr><td>吸収型NDフィルター4.0 </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>アルミBreadboaRD </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>アバランシェフォトダイオード</td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>デジタル光パワーメータ</td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td>数量：1 廃止された、他の人が行います</td></tr><tr><td>力測定モジュール</td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>キネマティックミラーマウント</td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td>数量：1 近赤外レーザー品質ミラー付き</td></tr><tr><td>レーザーダイオード定電流ドライバ</td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td> LD1255光学テーブル取り付けプレート</td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>マウントされた色消し半波長板</td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td>数量：1 690 - 1200 nmの</td></tr><tr><td>光ピンセットキット</td><td> Thorlabs </td><td> OTKB /男</td><td>数量：1 メートル法またはインペリアル</td></tr><tr><td>ホルダーベースを投稿</td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td>数量：2 </td></tr><tr><td>電源</td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>電源ケーブル</td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>アングルプレート</td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>アングルポストクランプ</td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>ステンレス鋼の光ポスト</td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td>数量：1 </td></tr><tr><td>テーブルクランプ</td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td>数量：2 廃止された、他の人が行います</td></tr><tr><td>熱センサー</td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td>数量：1 デジタル光パワーメータ</td></tr><tr><td> 100pFのコンデンサ</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td> 200 Kオーム抵抗</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>アクリル板</td><td></td><td></td><td>数量：3 &quot;×1&quot; どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>同軸ケーブル、ワイヤおよびコネクタの品揃え</td><td></td><td></td><td>必要に応じ</td></tr><tr><td>パン切り台</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>凹レンズ</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>ダイヤモンドカッター</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>両面テープ</td><td></td><td></td><td>どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>かみそりの刃</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、重要ではありません</td></tr><tr><td>ピンセット</td><td></td><td></td><td>数量：1 どのブランド、罰金がひっくり返した</td></tr></tbody></table>

ナノ粒子の光トラッピング

Optical Trapping of Nanoparticles

光トラッピングは、光を用いた穏やかな方法で小さな物体を固定化して操作するための技術であり、それは広く小さな生物粒子をトラップすると操作に適用されている。アシュキンと共同研究者は、初のシングル1集光ビームを用いた光ピンセットを実証しました。シングルビームトラップは小さなレイリーレジーム粒子1の場合の摂動勾配力の製剤を使用して正確に記述することができます。摂動的領域では、光パワーは、粒径の逆四乗と粒子スケールをトラップするために必要。高い光学パワーは誘電体粒子を破損し、発熱を引き起こす可能性があります。例えば、直径109 nmの閉じ込められたラテックス球は生物学的物質2,3のための重大な意味を持って25秒1で15 mWのビームによって破壊された。 自己誘導のバックアクション（SIBA）光トラッピングは、50 nmのポリスチレン球をトラップするために提案されました非摂動体制4。非摂動領域では、背景にはほとんど誘電率のコントラストでさらに小さな粒子は著しく周囲の電磁界に影響を与え、大きな光力を誘発することができる。粒子が照射された開口部に入ると、光伝送は、誘電体の読み込み劇的に増加します。粒子がアパーチャのまましようとすると、減少した伝送は、粒子を捕集する、穴の中に、ニュートンの第三法則により、粒子の内側に上の力で結果を穴から勢いを外側の変化を引き起こすと。光透過率を監視することができる。したがって、トラップがセンサーになることができます。 SIBAトラッピング技術はさらにダブルナノホール構造を用いることで改善することができます。 ダブルナノホール構造は、地元の強い電場増強5,6を与えることが示されている。ダブルナノホールの2つの鋭い先端の間に、小さな粒子は、光transmissioの大きな変化を引き起こす可能性がありますnは、それによって大きな光力を誘導する。その結果、より小さいナノ粒子は、12nmのケイ酸球7と3.4 nmの流体力学半径ウシ血清アルブミンタンパク質8として、捕捉することができる。本研究では、ナノ粒子のトラッピングに用いた実験構成が概説されています。まず、詳細Thorlabs光ピンセットキットに基づいているトラッピングセットアップのアセンブリ。次に、我々は、金属膜、マイクロ流体チャンバーの製作と試料調製でダブルナノホールの微細加工手順を説明します。最後に、我々は詳細データの取得手順を、20 nmのポリスチレンナノ微粒子を捕集するための典型的な結果を提供します。

<html>典型的な買収·トレースを図5aに示されています。トラップイベントは、2つの送信電力レベルとの間に明確なスイッチを示す、鋭いエッジで、特徴的に突然です。粒子がブラウン運動の対象になると、トラップイベントがランダムに発生します。 20 nmの粒子では、トラップからの送信の変更は10から300秒の周りに、5〜10％と捕獲回程度一般的になりました。上記のパワーと濃度のトラッピングイベントを達成するための典型的な時間は1分程度である。粒子が放出されれば、それは一般的に、後続のトラップイベントが続いているが、立体障害のために、それは、同時に複数の粒子捕捉を見ることはまれである。結果の質に応じて、トラップされた状態の信号ノイズのいくつかの増加があるかもしれません。このノイズの増加は、トラップされた粒子のブラウン運動から来ている。トラップされた粒子がなければ、このノイズ源が存在していません。 <html> _content &quot;&gt;一部のアーティファクトは、トラップイベントを示すものではありません検索結果に表示される場合があります。 図5bに示すよう分間にわたって伝送で漂流し、緩やかな変化を示す結果は、破棄する必要があります他の人工物が存在していてもよいようなケアがチャンバーは無気泡であることを保証するために取られていない場合は一貫性のない伝送が変更されると、過剰なノイズまたは全くトラッピングは、例えば、気泡が不連続強度ジャンプを生じる可能性があるからです。これらの泡は、動的な面でトラップイベントに応答が異なる挙動と強度の変化、そして、彼らは容易に識別できます。このような症状が乏しいダブルナノホール構造、汚染物質や機械的振動によって発生する可能性があります、静かで低活性の設定が非常にこのセットアップを配置することをお勧めしますまた、可能レーザーと合わせた後、数分を決済するステージも助けることができます。 s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; 図1サブ波長開口部光伝送：）粒子なし;誘電体粒子によってaとb）増加伝送するステップと、c）粒子の試みがままにした場合、光の運動量（ΔT）の減少はへのような粒子に働く力（F）を発生します。穴にそれを引き戻すと、d）伝送ΔTの変化につながる、粒子に起因する伝送曲線のレッドシフト。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> 図2は 、赤丸の拡大がb）でセットアップを捕捉する）総合的な模式図に示されていること、b）拡大はダブルナノホールを示す、およびPDMSチャンバー内ナノスフェア、ダブルナノホール構造のc）SEM像。使用されている略語：LD =レーザーダイオード; ODF =光学濃度フィルタ; HWP =半波長板、ビームエキスパンダー= BE、MR =ミラー、MO =顕微鏡対物; OI MO =油イメルシオン顕微鏡対物; DH =ダブルナノホール; APD =アバランシェ光検出器。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> 図3 FIB加工で使用される）例のビットマップ図; ますb）ダブルナノホールのSEM像。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> 図4マイクロ流体チャンバーを製造するためのプロセス·ダイアグラム。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> 図5 20nmのポリスチレン球を使用してイベントを捕捉（a）の典型的な買収。 （b）は急性漂流を示す貧しい買収。

誘電体の低電力光トラッピング次のセットアップアプローチの詳細は金属膜でダブルナノホールを用いたナノ粒子。

光トラッピングは、光を用いて微小な物体を低侵襲に固定および操作する技術であり、……のトラッピングに広く応用されてきました。

この手順の全体的な目的は、サイズ約20 nanometersの粒子を捕捉するための開口部光トラッピング装置を構築することです。そのために、既存の光レーザートラッピング装置に検出器を追加して測定を可能にします。次に、測定対象となるナノ粒子溶液をダブルナノホールトラップを備えたマイクロ流体チャンバーに分注し、そのチャンバーを光トラッピング装置にセットします。粒子が照明された開口部に入ると、誘電負荷により光透過率が劇的に上昇します。粒子が開口部から離れようとすると、透過率の低下によって穴から外向きへの運動量の変化が生じ、ニュートンの第3法則により粒子を穴へと引き戻す力が働き、粒子がトラップされます。この粒子によって透過曲線にレッドシフトが生じ、これをモニタリングすることが可能です。したがって、このトラップはセンサーとして機能させることができます。最終的に、ダブルナノホールを通過するレーザー強度の変化によって、捕捉されたタンパク質のアンフォールディングを含むナノ粒子のトラップイベントを示す結果を得ることが可能です。勾配力光トラッピングなどの既存の手法に対する本手法の主な利点は、より低いレーザー強度で、より小さなナノ粒子をトラップできることです。この手法は、単一タンパク質がどのように折り畳まれ相互作用するのか、あるいはウイルス粒子がどのように生細胞に感染するのかといった、生化学における重要な疑問を解明するのに役立ちます。一般的に、既存のレーザートラップシステムにダブルナノホールを組み込むことは困難であるため、この手法を導入しようとする研究者は苦労することになります。光学トラッピング装置は、力測定モジュールを備えたThor Labs社のオプティカルツイーザーキットに基づいています。力測定モジュールのクアドラント検出器の代わりにアバランシェフォトダイオードを使用します。光学トラッピングシステムのセットアップ時には、レーザーがオンの間は常に目の保護具を着用してください。密閉された室内で操作し、ビームを可能な限りトラッピング装置内に限定させることで、ビームが安全な区域内に収まるようにしてください。また、反射性のジュエリーの着用は避けてください。ラテックス手袋を着用します。光学系の清潔さを確保するため、光ピンセットキットと力測定モジュールをセットアップします。製造元の指示に従い、組み立てられた光ピンセットキットは倒立光顕微鏡設計となっており、トラップレーザー、100x油浸対物レンズ、3軸試料位置決めステージ、およびCCDカメラで構成されています。レーザーダイオードを取り扱う際は、静電気放電（ESD）対策を講じることが推奨されます。力測定モジュールを使用することで、コンデンサーの後方焦点面の位置検出を用いた光ピンセットのキャリブレーションが可能です。力測定モジュールの代わりに、シリコンベースのアバランシェフォトダイオード（APD）またはフォトダイオード（PD）が使用されます。クアドラント位置検出器には、200 kΩの抵抗器と100 pFのコンデンサを用いた抵抗容量（RC）フィルタも挿入します。これは高周波ノイズを低減し、オシロスコープでトラッピングイベントを確認しやすくするために使用されます。同軸ケーブルを使用して、APDの後にRCフィルタを接続してください。次に、同軸ケーブルとTアダプタを使用して、オシロスコープおよびデータ収集モジュールをRCフィルタに接続します。システムはサンプルのロード準備が整いました。ダブルナノホールアパーチャは、集束イオンビームによって金薄膜に穿孔された2つのナノホールで構成されています。薄膜の厚さは100 nanometersであり、ガラス基板によって支持されています。ナノ孔が重なり合い、2つの鋭い尖点（カスプ）が形成されます。ダブルナノ孔に入射したレーザー光により、これらの尖点間の隙間にナノ粒子がトラップされます。光学顕微鏡でダブルナノホールの位置を特定しやすくするため、金属膜に大きなレジストレーションマークをミル加工で形成する必要があります。これらのマークは、ダブルナノホールから約100 microns離れた位置に配置してください。使い捨てカップに10 gramsのポリジメチルシロキサン（PDMS）ベースと1 gramの硬化剤を注ぎ、数分間混合します。その後、気泡がすべて消えるまで真空チャンバー内で混合物を脱気します。次に、1.5 gramsのPDMSを直径9 centimeterのシャーレに注ぎます。シャーレの底にPDMSをスピンコートし、回転後65 secondsの間、950 RPMで処理します。厚さは80 µm以下であれば問題ありません。1.5番のカバーガラスを3〜5枚、重なり合わないようにPDMS上にそっと配置し、30分間脱気します。排気中にカバーガラスがずれて重なり合った場合は、そっとずらして離してください。カバーガラス下のPDMSが薄く均一に保たれていることを確認してください。その後、ペトリ皿を再度30分間排気します。ペトリ皿を真空チャンバーから取り出し、ホットプレートで85 °Cで20分間加熱してPDMSを硬化させます。PDMSが凝固したら、カミソリの刃を使用してカバーガラスの1枚の縁に沿ってカットします。次に、先みのピンセットまたは刃を用いてスライドをゆっくりと持ち上げます。すると、薄いPDMS層がカバーガラスに密着します。PDMSを貼り付けたカバーガラスを新しいペトリ皿に置きます。次に、カミソリを用いて、PDMSに3 mm × 3 mmのウィンドウを切り出します。このウィンドウが、ナノ粒子溶液を保持するためのチャンバーとなります。レーザーカッターを使用して、中心に直径3/4インチの穴が開いたアクリル製顕微鏡スライドホルダーを作製します。穴の円周に両面テープを貼ります。カッターナイフを使用して、はみ出した余分なテープを取り除きます。作製した顕微鏡スライドを、準備したPDMSコートカバーガラスの上に、PDMSがガラスとアクリルの間に挟まれるように配置します。マイクロピペットを用いて、0.05% weight per volume のポリスチレンナノ粒子溶液を数滴、PDMSウィンドウに加えます。ナノホールが存在する金薄膜の上に1滴滴下します。PDMSウィンドウ内にナノホールが位置するように、金サンプルをカバースリップの上に配置します。チャンバー内に気泡がないことを確認してください。次に、金サンプルをカバーガラスに押し付けます。油浸対物レンズを使用するため、余分な溶液は吸い取って拭き取ってください。カバーガラスの反対側、PDMSウィンドウの上にオイルを1滴滴下します。ナノホールの位置を確認します。顕微鏡をセットします。スライドをオイル面が下になるようにスライドホルダーに挿入し、浸漬オイルが顕微鏡に接触するまでスライドホルダーを下げます。目的として、金薄膜に刻まれたレジストレーションマークが対物レンズの直下にくるように、スライドステージを大まかに調整します。トラッピングキットの一部として含まれているThorSiteなどの画像取得ソフトウェアを使用して、金薄膜上のレジストレーションマークを探し、インジケータラインに沿ってナノホールまで移動させます。インジケーターマークやその他の開放領域が画面中央に重ならないようにスライドを配置します。過剰な光透過はA PDを損傷する可能性があるため、レーザーを点灯させます。ダイクロイックミラーは完全ではないため、レーザービームによるスポットが画面中央付近に現れるはずです。ピエゾステージ制御ソフトウェアを使用して、3軸すべての方向でアライメントをさらに微調整します。アライメントが正確に完了すると、ナノアパーチャを通過する透過率が最大となり、PD電圧が最大値を示します。システムのセットアップとサンプルのロードが完了したので、光トラッピングデータを取得できます。インジケーターマークを利用して、スポットを既知のナノホール位置の近くに配置してください。ダブルナノホールは小さすぎて明確に分解できないため、画面上では小さな点として表示されます。試料を透過する光は、オシロスコープ上の信号レベルで示されます。光透過率が最大になるように、試料の調整をさらに行います。インジケーターマークや、目に見える傷および見えない傷に注意してください。これらの領域では光透過率が高くなりますが、ナノホールでは光透過率が急激に跳ね上がります。波長板を用いて、より緩やかな変化させます。ダブルナノホール構造は偏光しているため、光透過率が最大になるように光の偏光を調整してください。データを取得するには、データ収集モジュールを使用して、目的の時間、APDの電圧をサンプリングします。収集時間は通常、数百秒におよびます。本ケースでは、データ収集にカスタムソフトウェアを使用し、電圧を1秒間に2000回サンプリングしています。MATLABを用いて、収集したデータをKY Goleフィルターでフィルタリングし、時間を軸としたグラフにプロットすることで、20 nanometerのポリスチレンナノ粒子のトラッピングを示します。ダブルナノホールを透過する透過率は、時間の関数として測定されました。その後、PDを用いて光透過率をプロットしました。時間の経過とともに、トラッピング現象は特徴的に急激に起こり、この例に示されているように、2つの透過電力レベル間で明確な切り替えを示す鋭いエッジが現れます。トラップ状態では、信号ノイズが増加することが頻繁にあります。このノイズの増加は、トラップされた粒子のブラウン運動に起因します。粒子がトラップされていない場合、このノイズ源は存在しないことに注意してください。トラップイベントを示すものではないアーティファクトが結果に現れることがあります。ここで示すように、数分間にわたって透過率が緩やかに変化するドリフトが見られる結果は、破棄する必要があります。この手順に続き、ラマン分光法や蛍光分光法などの他の手法を用いることで、トラップされたナノ粒子の性質に関するさらなる疑問を解消することが可能です。この手法により、研究者が生物学的に重要なナノ粒子を単分子レベルで研究することが可能になりました。例えば、タンパク質の結合の検出やウイルス感染の研究を、どちらも単分子レベルで行うことができます。このビデオを視聴することで、単一のナノ粒子をトラップするために、ダブルnho光学トラップを倒立顕微鏡レーザーTシステムに統合する方法について十分に理解できるはずです。

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工学

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