Name: Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 20 s
Description: 学ぶナノプラズモニック光学格子を用いた微粒子トラッピング法。水の熱膨張係数を利用して光熱対流を抑制し、プラズモニックナノ構造アレイで捕獲効率を向上させる技術を解説します。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Y. t. Y. は資金援助科学技術 [許可番号最も 105-2221-E-007-MY3 省許可番号 105N518CE1 と 106N518CE1 の下、国立清華大学から認めたいと思います。

1 です光セットアップ 注: 光のセットアップの原理は 図 1 に示す。。
<ol><li>セットを光学ピンセット キット (材料の表 を参照) と蛍光モジュール (材料の表 を参照してください)、マニュアルに従って。470 nm の青色光発光ダイオード (LED) ソースを蛍光モジュールに接続します</li>。
	<li>高開口数 (NA) を交換 (NA = 1.25、倍率 100 倍) 長い作業で油浸対物レンズの距離 (WD) 対物レンズ (焦点距離 3.6 mm、WD = 10.6 mm、NA = 0.5).</li>
	<li>レーザビームの緩やかな焦点を達成するために組み立てられたキットのビーム拡張セクションでレンズを削除します</li>。
	波長 980 nm の使用、充電電源と現在のレーザーのための <li>ターン ダイオード結合素子 (CCD) カメラ レーザー ビームが正しくを確認します 。
	注: レーザー光が整列の場合 CCD カメラが読み取るガウス スポット</li>。
</ol> 2。ナノ加工 <ol><li>マーカー作製 。
	注: マーカーは、nanoplasmonic 配列の作製プロセスとその後トラッピング実験中に配置するのに役立ちます。補足図 1 に詳細なプロセスを示します。
	<ol><li>預金 40 nm インジウム錫酸化物 (ITO) フィルム厚さ 0.17 mm スパッタリングの観察にします 。
		注: ITO フィルムは、その後電子ビーム露光プロセス中に電子を放電するのにが</li>。
		<li>スピン コート スピンとポジ型フォトレジストの 8 μ m 層速度 4000 rpm およびスピン コーターと時間 30 s</li>。
		<li>ソフト 90 ° C、5 分でサンプルを焼くとマーカーのフォトマスクにサンプルを合わせ、紫外線 80 のためにサンプルを公開マスクア ライナー、s.</li>
		<li>130 の現像でサンプルを浸す s.</li>
		<li>は、クロムの 2 nm 層と熱蒸発を使用してサンプルの上に金の 40 nm 層を預金します。 18</li> <li>アセトンでサンプルを浸漬し 43 kHz、リフト オフの 150 W 5 分間超音波クリーナー営業の配置</li>
	</ol></li> <li>Nanoplasmonic アレイの作製 <ol><li>スピン コート e ビームの層レジスト スピン速度を含んだ pmma 材 120 K 30 5000 rpm スピン コーター s。ホット プレート上で 3 分間 160 ° C でサンプルを焼く</li>。
		<li>スピン コート電子ビーム用レジスト スピン速度を 960 K を含んだ pmma 材の別の層 30 の 5000 rpm スピン コーター s。ホット プレート上で 3 分間 160 ° C でサンプルを焼く</li>。
		<li>電子ビームを公開する使用電子ビーム ライターは加速電圧 30 kV と投与量 400 C/cm 2 と抵抗します</li>。
		<li>熱蒸発器に金の 40 nm 層を預金します</li>。
		<li>アセトンでサンプルを浸漬しそれリフト オフの 5 分間の超音波洗浄機を置く</li>
	</ol></li></ol> 3。冷却システムおよびその温度校正サンプル 注: 冷却ステージ設計例を 補足図 2 に示します。
<ol><li>試料冷却 <ol><li>場所抵抗器、バイポーラ接合トランジスタ、パワー金属酸化物電界効果トランジスタ 補足図 3 の回路図に従うことによってカスタム基板に駆動回路を作る.はんだごてでこれらのすべてのコンポーネントをはんだ</li>。
		<li>回路基板の制御ポートと電子制御基板に配線します。回路基板と熱電効果による冷却 (TEC) 要素の出力ポート間のワイヤを接続します。ヒートシンクとサンプル ステージにテック要素を配置します 。
		&#8203; 注: ザ テック要素を通過するレーザ光を許可するようにセンターに穴がある</li>。
		<li>5 V 回路基板からの接続ワイヤ電源。前向きな赤外線カメラを使用してかどうか熱電効果による冷却がきちんと冷却して温度を監視します</li>。
	</ol></li> <li>将来赤外線カメラと抵抗温度検知器 (RTD) 温度計で測定した温度の校正。
	<ol><li>空白 coverslip の測温抵抗体温度計を置き、少量の測温抵抗体温度計、coverslip の適切な熱的接触をようにそれの上にサーマル ペーストを適用します</li>。
		<li>は、テック要素にパルス幅変調設定のデューティ サイクルを変更することによって電子制御回路の出力の電源設定を変更し、定常温度に達することを確認する 3 分待ちます。測温抵抗体温度計を使用して温度を読み取ます</li>。
		前方見て赤外線カメラとモニター温度の <li>ターン。温度校正曲線を取得するさまざまな出力電力設定でこの手順を繰り返します。代表温度較正曲線を 補足図 4 に示します 。
		注: それは前向きな赤外線カメラの温度の読書は正確、適切な温度に達することを確認する必要があるために、測温抵抗体温度計と楽しみの赤外線カメラのキャリブレーションを行うことが重要です</li>。
	</ol></li></ol> 4。微粒子のトラップ 適切な容積比と microcentrifugetube の脱イオン水で直径 2 μ m のポリスチレン粒子のマイクロ <ol><li>Dilute 。
	注: マイクロ粒子の濃度は、実験の目的に応じて調整できます。低濃度可能単一粒子トラップ イベント間隔のサンプルですが、濃度が高いほど複数粒子トラップの時間が短くなります。一般的な濃度は、単一粒子トラップ ~0.05% (w/v).</li>
	<li>ステージに nanoplasmonic 配列を持つサンプルを置いて、オンに、470 nm 蛍光光源として LED し、手動で電源を 5 に設定明視野イメージングのための mW</li>。
	<li>マーカーを使用して、サンプルを合わせ、nanoplasmonic 配列を検索し、CCD カメラを使用して、配列はコンピューター画面上に関心領域の中心部でかどうかを確認します</li>。
	<li>直径 2 μ m マイクロ ピペットでサンプルの希釈マイクロ粒子の分注 10 μ L.</li>
	<li>10 に範囲 ~ 1 mW の電力を使用して配列のプラズモン共鳴励起する波長 980 nm のレーザー ダイオードに電流供給をオンに mW</li>。
	<li>定常状態温度 ~ 4 ° C にサンプルを冷却する電子制御基板に電源を手動でオンに</li>
	<li>ビューアー ソフトウェアでクリックして、&#34; ビデオを記録 &#34; シーケンス録音] ダイアログを開きます。クリックして、&#34; 記録 &#34; CCD カメラを用いたレーザー光の影響の下でサンプル上 1.5 10 フレーム/秒のフレーム レートでマイクロ粒子の運動の録画を開始するボタン。クリックして、&#34; 停止 &#34;] ボタンをクリックすると、録音を停止します。ビデオ 1 を参照してください</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>
<li>Grier, D. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/vsample/nsample/full/nature01935.html">A revolution in optical manipulation.</a> Nature. 424, 21-27 (2003).</li>
<li>Wright, W. H., Sonek, G. J., Berns, M. W. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.109937">Radiation on trapping forces with optical tweezers.</a> Appl. Phys. Lett. 63, 715-717 (1993).</li>
<li>Kawata, S., Tani, T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19881795">Optically driven Mie particles in an evanescent field along a channel waveguide.</a> Opt. Lett. 21, 1768-1770 (1996).</li>
<li>Yang, A. H. J., Moore, S. D., Schmit, B. S., Klug, M., Lipson, M., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Manipulation+of+nanoparticles+and+biomolecules+in+sub-wavelength+slot+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Optical Manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides.</a> Nature. 457, 71-75 (2009).</li>
<li>Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+manipulation+with+planar+silicon+microring+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical manipulation with planar silicon microring resonators.</a> Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).</li>
<li>Mandal, S., Serey, X., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomanipulation+using+silicon+photonic+crystal+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanomanipulation using silicon photonic crystal resonators.</a> Nano Lett. 2010 (10), 99-104 (2010).</li>
<li>Lin, S., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+silicon+microrings+as+wavelength-+multiplexed+optical+traps+for+storing+and+sensing+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Planar silicon microrings as wavelength- multiplexed optical traps for storing and sensing particles.</a> Lab Chip. 11, 4047-4051 (2011).</li>
<li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, M., R, Plasmonic nano optical tweezers. Nat. Photon. 5, 349-356 (2011).</li>
<li>Huang, J. S., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2079-4991/5/2/1048">The origin and future of plasmonic optical tweezer.</a> Nanomaterials. 5, 1048-1065 (2015).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl203719v">Optical trapping of single protein.</a> Nano Lett. 12, 402-406 (2012).</li>
<li>Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+trapping+in+two-dimensional+nanoscale+plasmonic+optical+lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Nano Lett. 13, 4118-4122 (2013).</li>
<li>Cuche, A., Stein, B., Canguier-Durand, A., Devaux, E., Genet, C., Ebbesen, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brownian+motion+in+a+designer+force+field%3A+Dynamical+effects+of+negative+refraction+on+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Brownian motion in a designer force field: Dynamical effects of negative refraction on nanoparticles.</a> Nano Lett. 12, 4329-4332 (2012).</li>
<li>Baffou, G., Berto, P., Urena, E. B., Quidant, R., Monnert, S. J., Polleux, J., Righeault, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoinduced+heating+of+nanoparticle+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Photoinduced heating of nanoparticle arrays.</a> ACS Nano. 8, 6478-6488 (2013).</li>
<li>Roxworthy, B. J., Bhuiya, A. M., Vanka, S. P., Toussant, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+and+controlling+plasmon-induced+convection%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Understanding and controlling plasmon-induced convection.</a> Nat. Commun. 5, (2014).</li>
<li>Yang, T. P., Yossifon, G., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4871010/">Characterization of the near-field and convectional transport behavior of micro and nano particles in nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Biomicrofluidics. 10, 034102(2016).</li>
<li>Chen, Y. -C., Yossifon, G., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4967882?journalCode=apl">Supression of phtothermal convection of micro particles in two dimensional nanoplamonic optical lattice.</a> Appl. Phys. Lett. 109, 201111(2016).</li>
<li>Smith, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSmith%2C+D+%22Thin+film+deposition%3A+principles+and+practice%22">Thin film deposition: principles and practice</a>. , McGraw-Hill Education. New York, New York. (1995).</li>
<li>Zehtabi-Oskuie, A., Bergeron, J. G., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow-dependent+double-nanohole+optical+trapping+of+20+nm+polystyrene+nanospheres%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Flow-dependent double-nanohole optical trapping of 20 nm polystyrene nanospheres.</a> Sci. Rep. 2, 966(2012).</li>
<li>Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+sensing+10+nm+metal+nanoparticles+using+plasmonic+dipole+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Trapping and sensing 10 nm metal nanoparticles using plasmonic dipole antennas.</a> Nano Lett. 10, 1006-1011 (2010).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 2011 (11), 3763-3767 (2011).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

ここで説明する手順日常的にトラップを確実に再現することができます。使用可能な光の格子をデザインする一般的な実証的ガイドライン プラズモニック nanoarray、interdisc の距離に匹敵するサイズを使用して粒を捕捉します。単一プラズモニック ナノ構造と比較して、ここで大幅に使用される ~ 4 ° C にサンプルを冷却によって与えられる高い光出力と組み合わせて光学格子デザインはトラップ確率を向上させます。トラップ サイトとしても分離、プラズモニック ナノ構造体を使用している場合 1 つは微粒子のプラズモニック ナノ構造近く有効なトラップ ボリュームへの移行のための長い時間を待つ必要があります。また、批判的にディスク間距離の増加粒子蓄積の確率が減少します。注、1 つは、部屋の温度が、使用可能な光の力でプラズモニック光格子を用いたトラップ実験を実行することもは非常に制限されます。また、低光パワーで 1 つは長い時間を待つ必要が (~ 1 h) 微粒子のトラップ イベント。通常、我々 は粒子の運動を記録し、数分内でトラップ イベントを拾うに CCD カメラをオンに。適用レーザ電源は 10 mW です。高い光出力で微粒子の大量の集計を観察...

微小粒子の光学トラップはもともと、1970 年代初頭にアーサー Askin によって開発されました。その発明以来、技術をマイクロ ・ ナノマニピュレーション1,2のための多目的なツールとして開発しました。従来光トラップ、遠方に基づく原理本質的にによって制限されます前記捕捉力が大幅に低下、その空間的閉じ込めで回折 (以下、〜半径の粒子の3法)3このような回折限界を克服するために研究者は、プラズモニック金属ナノ構造を用いたエバネッ セント光フィールドに基づいて近接場光学トラップ技術を開発したと、さらに、ナノスケールのトラップ オブジェクトをダウン。単一タンパク質分子は、実証4,をされている5,6,7,8,9,10,11。また、プラズモニック光格子は、マイクロとナノ粒子と複数粒子積層11,12の長距離輸送を授与する周期プラズモン ナノ構造の配列から作成されます。光格子中のトラップを破壊する 1 つの主要な障害は光熱対流といくつかグループ14,15,16,17によってその効果を明らかにする努力を行った。グリーン関数を用いたと Baffouらポイント ヒーターとして各プラズモニック ナノ構造をモデル化した温度分布を計算して、実験的検証、モデル14。・ トゥーサンのグループはまた粒子流速計15プラズモン誘起対流を測定しています。著者のグループも近距離と対流輸送を特徴とし、光熱対流16,17を抑制するエンジニア リング戦略を示した。
ここプラズモニック光格子を用いた光学セットアップとトラップ実験の具体的には詳細な手順の設計を提案します。光学ポテンシャルは緩く集束ガウスビームのゴールドの nanodiscs の配列を照明によって作成されました。低温 (~ 4 ° C) にサンプルを冷却することにより最適なトラップを光熱対流を抑制する方式はここ17について述べる。ブジネスク近似の下で自然対流速度uの一桁の見積もりは u によって与えられる 〜L2 gβΔT / v、 Lが熱源と Δ の長さスケールTは、加熱による基準温度上昇です。 g及びβは、それぞれ重力加速度と熱膨張係数。4 ° C の近くの温度で水媒体の密度を表わす異常温度依存性とゼロに近い熱膨張係数と、それゆえ、非常に小さな光熱対流につながります。

<table><tbody><tr><td>熱電冷却素子</td><td>Thorlabs</td><td>TEC 1.4-6</td><td>試料冷却用TEC素子</td></tr><tr><td>RTD温度計</td><td>オメガエンジニアリング</td><td>RTD温度計 969C</td><td></td></tr><tr><td>前方赤外線カメラ</td><td>FLIR&nbsp;</td><td>FLIR</td><td>温度監視用IRカメラ</td>1台</tr><tr><td>発光ダイオード光源</td><td>蛍光イメージング用照明用Touchbright</td><td></td><td></td> 光源</tr><tr><td>長作動距離対物レンズ</td><td>オリンパス</td><td>LMPLFLN</td><td>サンプルの照明とイメージング用</td></tr><tr><td>光学トラップキット</td><td>Thorlabs</td><td>OTKB/M</td><td></td></tr><tr><td>カバースリップ</td><td></td><td></td><td>の厚さ 0.17 mm</td></tr><tr><td>走査型電子顕微鏡</td><td>日立</td><td>SEM-日立 S3400N</td><td></td></tr><tr><td>電子ビームブランカー</td><td>DEBEN</td><td>PCDビームブランカー</td><td>走査型電子顕微鏡にブランカーを追加&nbsp;</td></tr><tr><td>熱蒸発器</td><td>SYSKEY テクノロジー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>マスクアライナー</td><td>カール・サス</td><td>MJB 3</td><td>マーカー製造用</td></tr><tr><td>電子ビームレジスト</td><td>シグマ・アルリッチ</td><td>PMMA 120K</td><td>電子ビームリソグラフィー用</td></tr><tr><td>電子ビームレジスト</td><td>シグマ・アルリッチ</td><td>PMMA 960K</td><td>電子ビームリソグラフィー用</td></tr><tr><td>蛍光標識ポリスチレン微小球</td><td>ポリサイエンス</td><td></td><td>直径2μm</td></tr><tr><td>バイポーラトランジスタ</td><td>マウザー</td><td>2N3904</td><td>数量2 TECドライバ回路用</td></tr><tr><td>バイポーラトランジスタ</td><td>マウザー</td><td>2N3906</td><td>数量2 TECドライバ回路用</td></tr><tr><td>MOSFETパワートランジスタ</td><td>マウザー</td><td>IRF5305</td><td>数量2 TECドライバ回路用</td></tr><tr><td>MOSFETパワートランジスタ</td><td>マウザー</td><td>IRF131ON</td><td>数量2 TECドライバ回路用</td></tr><tr><td>10 kΩ 抵抗</td>器 <td>MOUSER</td><td></td><td>数量 6 TEC ドライバー回路用</td></tr><tr><td>910 Ω</td> 抵抗 <td>Mouser</td><td></td><td>数量 2 TEC ドライバー回路用</td></tr><tr><td>フォトレジスト</td><td>Microchemicals</td><td>AZ4620</td><td>マーカー製造用</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>Sigma Alrich</td><td></td><td>マーカー製造用</td></tr><tr><td>OTKB/M 蛍光モジュール</td><td>Thorlabs</td><td>OTKB-FL/M</td><td></td></tr><tr><td>蛍光フィルターセット</td><td>Thorlabs</td><td>MDF-FITC</td><td>フルオレセインイソチオシアネート(FITC)</td></tr><tr><td>用超音波洗浄機</td><td>デルタ</td><td>DC150H</td><td>リフトオフステップ用</td></tr></tbody></table>

nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

プラズモニック光ピンセットは、従来遠方の光ピンセットの回折限界を克服するために開発しました。プラズモニック光格子は、様々 なトラップやトランスポートの動作を表わすナノ構造体の配列で構成されています。単純な正方形 nanoplasmonic 光格子中の微小粒子をトラップする実験の手順を報告する.光のセットアップでは、nanoplasmonic 配列のナノ加工について述べる。光学ポテンシャルが 980 nm の波長とエキサイティングなプラズモン共鳴のガウスビームによる金 nanodiscs の配列の照明によって作成されます。粒子の運動は、蛍光イメージングによって監視されます。最適なトラップに使用可能な光学力を高める光熱対流を抑制する方式を述べる.対流の抑制は低温冷却水媒体のゼロに近い熱膨張係数を利用して実現されます。単一粒子輸送と複数の粒子の捕集は、ここで報告されます。

実験では CCD カメラで記録された単一粒子軌道と各粒子の軌跡16を抽出するカスタム プログラムで処理された画像。代表的な結果は、図 3 とビデオ 1直径 2 μ m. 光格子中の複数の粒子虚飾が観察された微小球の表示されます。粒子の代表的な動画から抽出した連続した画像は、図 4に表示されます。直径 2 μ m の微粒子な充填構造 (hcp) をすぐに六角形微粒子のクラスター形成を見ることが 1 つ。テック要素をオフにするサンプルすることができますを暖めても観測された閉じ込められたクラスターは、光熱対流による分散でしょう。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56151/5...

我々 は光 nanoplasmonic 光格子中の微小粒子をトラップするための手順について説明します。

Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical ...

本実験の目的は、光熱対流を抑制する手法を用いて、プラズモニック光格子で微小粒子を捕捉する方法を実証することです。本手法の主な特徴は、プラズモニックナノ構造のアレイを使用して捕捉効率を高めている点にあります。また、低温における水の特異な性質である、熱膨張係数が0%になる特性を利用して、光熱対流を抑制しています。本手順の実演は、私の研究室の大学院生であるDinesh Bhalothiaが行います。実験のセットアップには、光ピンセットキットを使用します。蛍光モジュールを組み込んだこの改良型光ピンセットキットが、ブレッドボード上に準備されています。LEDとダイオードレーザーが、蛍光観察および操作のための光を供給します。ミラーが対物レンズを通して光を導きます。対物レンズは、ヒートシンクとしても機能するサンプルステージ上に光を集光させます。CCDカメラがサンプルからの画像をキャプチャします。これらの要素はこの概略図でより明確に示されています。蛍光モジュールの光源には470ナノメートルの青色LEDが使用されています。980 nmのレーザーダイオードにより、操作用の緩い焦点のレーザー光を照射します。レンズには、作動距離の長い顕微鏡対物レンズを使用します。試料ステージ上の活動はCCDカメラで記録します。980 nm レーザーダイオードの電源と電流をオンにします。CCDカメラを使用して、レーザービームのアライメントを確認します。ビームが適切に調整されていれば、カメラの画像にガウススポットが表示されます。次の方程のためにレーザーをオフにします。セットアップにおける重要な側面は冷却システムです。試料ステージは、熱電冷却器を組み込めるように設計されたヒートシンクになっています。熱電冷却器（TEC）を追加するための準備として、システムの電子回路の調整を行います。本実験では専用のドライバー回路を使用します。ドライバー回路と電子制御ボードの間を接続してください。次に、サンプルステージに適合し、レーザービームを透過させるための穴が開いた熱電冷却素子を用意します。ドライバー回路の出力を熱電冷却素子に接続します。冷却素子をサンプルステージに移動させます。続行する前に、駆動回路を5 V電源に接続します。温度を監視するために、前方視赤外線カメラを使用し、先に進む前にシステムが適切に冷却されているかを確認してください。これには、抵抗温度計ユニットとそのセンサーを使用します。ガラスカバースリップ上にセンサーを配置することから始めます。センサーとカバースリップをサンプルステージに移動します。熱接触を確実にするため、少量のサーマルペーストを塗布します。そこで、アセンブリをステージに接触させます。コントロールパネルで、熱電冷却素子への電力を調整してください。3分後、抵抗温度検出器（RTD）温度計を用いて温度を読み取ります。さらに、前方視赤外線カメラを用いて温度を記録してください。これらの2つの測定をさまざまな出力設定で繰り返し、次のような温度校正曲線を作成します。校正は不可欠です。次に進む前に、熱電冷却装置の電源を切ってください。セットアップの最後の要素はナノプラズモニックアレイです。スライドカバーにはカスタム製作されたアレイが配置されており、実験に装着できる状態になっています。このアレイの走査電子顕微鏡画像により、より詳細な構造がわかります。これは、22×22個の金ナノディスクで構成される、約16 µm四方のアレイです。各ナノディスクの厚さは40 nm、直径は550 nmです。ディスク間の中心間距離は750 nanometersです。ナノプラズモニックアレイが配置されたスライドカバーを試料ステージに載せます。このとき、熱電冷却器に接触させてください。次に、光源をセットアップします。蛍光光源を点灯させ、明視野イメージング用に出力を5 mWに設定します。スライドを操作しながら、CCD画像をモニターしてください。スライド上のマーカーを使用して、アレイの位置を確認し、合わせます。コンピューター画面上の関心領域の中心にアレイが配置されていることを確認してください。次に、実験に使用するサンプルを準備します。これは、脱イオン水に分散させた直径2 µmのポリスチレン粒子の混合物です。マイクロピペットを使用して、10 µLをナノアレイスライド上に分注します。その後、980 nmレーザーダイオードの電流電源へ移動します。電源を入れ、アレイのプラズモン共鳴を励起させます。次に、冷却システムの電源を操作し、温度を4 °Cに調整します。最後に、CCDカメラで微粒子のビデオ録画を開始します。これは、2つのマイクロメートルサイズのポリスチレン球を用いた実験中に記録されたビデオの例です。プラズモン共鳴励起に使用される波長980ナノメートルのレーザーの光出力は5ミリワットです。粒子が六方最密充填構造でクラスター化していることに注目してください。これらの静止画は、時間の経過とともに蓄積されたトラップ済みマイクロ粒子を示しています。ここでも、六方最密充填構造が明確に確認できます。このような画像から、トラップされたマイクロ粒子数の時間依存性のプロットを作成するためのデータを取得することが可能です。これら5本の色の付いた曲線は、画像処理技術と重心アルゴリズムを用いて記録ビデオから抽出したマイクロ粒子の軌跡の例である。スケールバーは2 µmを示す。ここに報告した手順により、研究者は日常的にトラッピングを再現することが可能となる。この手順を行う際は、サンプルの破損を防ぐため、赤外線カメラを使用してサンプル温度を監視することが重要です。この技術の開発により、光学トラッピング分野の研究者が、プラズモニック光格子におけるより広範な輸送現象を研究することが可能になりました。このビデオを視聴することで、プラズモニック光格子を用いた光学トラッピングの方法について十分に理解できるはずです。

trapping-of-micro-particles-in-nanoplasmonic-optical-lattice

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

プラズモニックピンセットとフォトニック結晶のナノ構造は、光学的にマイクロおよびナノ粒子を捕集の効率性と配向制御に有用な機能強化を作成することが示されている。...

強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

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。...

ナノ粒子の光トラッピング

私たちは、水生生物の周波数の動きを調査し、特徴づけるためにプラズモニックナノ粒子の光学式トラッキングを使用しています。...

「ノープリウスの動きを分析する<em&gt;アルテミア·サリナ</em&gt; &#39;プラズモニックナノ粒子の光学追跡することによって、

従来の光学操作技術のスケーラビリティと解像度は、回折によって制限されます。回折限界を回避し、間隔の狭いC字型プラズモニック共振器の経路でパターン化された金表面を使用して、チップ上をナノ粒子を光学的に輸送する方法を説明します。...

ナノ光学コンベヤーベルトの作製と運用

選択した誘電体微粒子を空中に発射し、安定して捕捉するためのプロトコルが提示されます。...

空気中の誘電体微粒子の光学トラップのロード

プラズモニックピンセットを組み込んだマイクロチップの製造プロセスは、ここで提示されます。マイクロチップは、最大トラッピング力を測定するためにトラップされた粒子の画像化を可能にします。...

監視環境でのプラズモニックトラッピングとナノ粒子の放出

金ナノロッドのプラズモンを液体の中に閉じ込めし、円偏光の光ピンセットによる kHz...

金ナノロッドの光駆動ロータリー モーター システムの構築と運用

本プロトコルは、光トラップと表面増強ラマン分光法(SERS)を統合してプラズモニックナノ粒子を操作して高感度分子検出を行うための便利なアプローチを記載しています。凝集剤なしで、トラッピングレーザーはプラズモニックナノ粒子を組み立てて、 in situ...

In situ表面増強ラマン分光特性評価のためのプラズモニックナノ粒子の光学的トラップ

プラズモニックナノピンセットは、金ナノ構造の局在化表面プラズモン共鳴を利用して、ナノメートルスケールの光学場内にタンパク質を含む単一のナノ粒子をトラップします。散乱シグナルの変化により、タンパク質の存在とコンフォメーションダイナミクスが明らかになり、フルオロフォアの修飾や表面テザリングなしでのモニタリングが可能になります。...

プラズモニックナノピンセットを用いた単一非修飾タンパク質のコンフォメーションダイナミクスのモニタリング

本論文では、動的でボート型の光泳トラップを用いて、空気中の大きな金属粒子を長時間安定に捕獲し、正確な位置決めを実現する実験的方法について説明しています。このシステムはプラズモニック相互作用研究に適した制御された操作を可能にします。...

直接引き出された側面壁を持つ「ボート」トラップを用いて、空気中の大きな金属粒子を光学的に捕捉する方法

学ぶナノプラズモニック光学格子を用いた微粒子トラッピング法。水の熱膨張係数を利用して光熱対流を抑制し、プラズモニックナノ構造アレイで捕獲効率を向上させる技術を解説します。

Nanoplasmonic 光学格子中の微粒子のトラップ

さらに動画を探す