향상된 마이크로 및 Nanoparticle 조작에 대한 Plasmonic 및 광자 크리스탈 Nanostructures 활용

요약

Plasmonic 핀셋 및 광자 크리스탈 nanostructures는 광학 트래핑 마이크로 및 나노 입자의 효율성과 방향 제어에 유용 향상을 생산하기 위해 표시됩니다.

초록

submicron 입자의 위치와 방향을 조작하는 방법은 nondestructively 기초 생물 학적 연구에 매우 유용한 도구가 될 것입니다. 아마도 작은 입자의 비침 투 조작을 달성하기 위해 가장 널리 사용되는 물리적인 힘 (DEP) dielectrophoresis 왔습니다. ¹ 단, 자체 DEP는 세포를 조작하면 그것이 전통적으로 고정 전극과 함께 이루어지기 때문에 원하는 수있는 다재 다능한 및 정밀도를 부족합니다. 작은 입자의 힘을 발휘하기 위해 3 차원 전자기 필드 기울기를 활용 광학 핀셋은이 원하는 다목적과 정밀도를 얻을 수 있습니다. ² 단,이 방법의 주요 단점은 입자를 트랩하는 데 필요한 힘을 달성하는 데 필요한 높은 방사선 강도되는 생물 학적 샘플을 손상시킬 수 ³ 트래핑 낮은 광학 농도와 정렬 가능 솔루션 광전자 핀셋 (OET)하지만 OET의 작은 입자의 미세 조작 제한이되며..되고 DEP 기반 기술은 또한 솔루션의 속성에 제약을두고 ^{사 5}

이 동영상이 문서에서는 살아있는 세포의 광학적 조작에 필요한 방사선의 강도를 감소 또한 오리 엔테이션을 제어하는​​ 방법을 설명하는 두 가지 방법을 설명합니다. 첫 번째 방법은 그림 1과 같이 샘플을위한 기판으로 무작위로 금색 nanoparticle (AuNP) 배열을 사용 plasmonic 핀셋입니다. AuNP 배열은 공진 다이폴 순간으로 이루어져화된 표면 plasmons (LSP)로 입사 광자로 변환 방출하고 세포 솔루션에 큰 그라디언트와 패턴 방사선 필드를 생성합니다. Righini 외과 우리 자신의 모델링에 의해 표면 plasmon 향상 트래핑에 초기 작업 트랩 입자. ^6,7,8 plasmonic 접근 벌금을 허용하는 plasmonic 기판에 의해 생성된 필드는 그라디언트 필드를 강화하여 필요한 초기 강도를 줄일 수 보였습니다 때문에 기계적 에너지와 쌍극자 - 종속 방사선 분야에보다 효율적인 광학 에너지 변환의 낮은 광학 농도와 ellipsoidal 입자와 세포의 방향을 제어합니다. 이 필드는 그림 2에 표시됩니다 낮은 트래핑의 농도는 그림 4와 5에 대한 자세한 있습니다. plasmonic 핀셋있는 주요 문제 LSP이 열의 상당한을 생성 있다고하고 트래핑은 2 차원이다. 이 열이 트랩에서 submicron 입자를 추방 정도로 강력한 수 있습니다 대류 흐름과 thermophoresis를 생성합니다. 우리가 설명됩니다 ^9,10 두 번째 접근 방식은 그림 6에서와 같이 회절 모드로 매우 효율적으로 분산형 입사 광에 주기적으로 유전체 nanostructures을 활용합니다 . ¹¹ 이상적으로, 하나는 plasmonic 핀셋 경험 같은 난방 문제를 방지하기 위해 유전 물질의 구조를 만들 것입니다하지만 우리 접근법에 알루미늄 코팅 회절 격자는 1 차원 주기적으로 유전체 nanostructure로 사용됩니다. 그것은 반도체 아니지만, 그것은 상당한 가열을 경험하고 효과적으로 그림 7과 같이 낮은 트래핑의 농도와 작은 입자를, 갇힌하지 않았다. 격자 기판과 입자의 정렬은 개념적으로 2 - D 광자 결정이 아닌 구면 미크론 크기의 입자의 정확한 회전을시킬 수있는 제안을 확인합니다. 이러한 광학 트랩의 ¹⁰ 효율성 인해에 설명된 nanostructures 제작한 고급 분야로 증가 아르 본 논문.

프로토콜

1. 임의의 Au Nanoparticle의 어레이 제작 ^8,10,12,14

1. 의 Au nanoparticle의 배열이 처음 454 nm의 직경의 의미 무작위 adsorbed 라텍스 분야의 고밀도 레이어 만든 템플릿을 생성하여 형성됩니다. 이것은 점착 층으로 크롬을 사용하여 20 nm의 두께의 유리 coverslip 첫 증발 금에 의해 이루어진다.
2. 폴리스티렌 구체를 monolayer 다음의 혼합물에 골드 코팅 기판을 노출하여 자체 조립은 1 - 에​​틸 -3 - (3 - 디메틸 아미노) carbodiimide 하이드로 클로라이드 (EDC), 라텍스 영역 서스펜션 및 취소 이온화 물.
3. 흡착 과정은 1 시간 정도 지난 수 있으며 이외의 흡수 분야는 물이 풍부한 양의 씻겨 있습니다.
4. 형성 monolayer는 건조 공기를 허용됩니다.
5. 마지막으로, 황금의 20 nm의은 임의 금 nanoparticle 배열을 형성하는 라텍스 영역의 monolayer에 증발됩니다.
6. SEM을 사용할 경우, AuNP 배열은 그림 1과 프로세스의 다이어그램은 그림 8에 표시됩니다처럼 보이게하기 위해 SEM 아래에서 볼 수 있습니다.

2. 생물....

토론

트래핑 이러한 방법의 의미는 그들이 10 μW / μm의 ^2의 순서에 10 ³ μW / μm의 ² 곳으로의 순서에 어딘가에서 지속적인 트래핑에 필요한 광학 강도를 감소한다는 것입니다. 이러한 기술에 ^10,11 제한 금 nanoparticle 배열이 극복되어야 난방 문제를 경험한다는 점입니다. 이 문제를 극복하기 위해 유전 물질로 구성되어 있습니다 2 차원 광자 결정 구조를 사용할 수 있습니다. 이러한 구조는 이론적으로 낮은 광학 농도 및 제어에 트래핑 생산할 수있는 마이크로 및 나노 입자 회전과 입력 편광을 제어하여 정확한 방법으로 위치. 그림 6과 7의 격자 결과 이​​것은 1D 사건에 대한 사실 게재. 다음 단계는 2D 광자 크리스탈을 생성하고 많은 생물 학적 연구 애플 리케이션을 용이하게 수있는 광자 결정 핀셋 배열을 입증하는 것입니다.

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재료

재료 이름	유형	회사	카탈로그 번호	논평
Axio 영상기 현미경	D1M	자이스 혈구	D1M	자이스 혈구 Axio Imager.D1M
현미경 목표	50x/0.55	자이스 혈구		LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC
자이스 혈구 현미경 카메라	AxioCam MRC	자이스 혈구
헬륨 네온 레이저	35 MW	연구 전자 광학
가변 감쇠기	지속적인 가변 ND	ThorLabs	NDC - 100C - 4M	현미경 강도를 조절하는
자이스 혈구 필터 설정	필터 세트 # 17	자이스 혈구	488017-9901-000	필터 세트 # 17
현미경 슬라이드	0.5 mm 두께	VWR
3T3 마우스 세포 핵		프레드 허치슨 암 연구 센터		가능한 한 차가운 스토어
Acridine 오렌지 염료		프레드 허치슨 암 연구 센터
소 혈청 알부민	PBS에서 1-10 배급	프레드 허치슨 암 연구 센터
454 NM의 폴리스티렌 라텍스 분야		Polysciences 주식 회사
carbodiimide 하이드로 클로라이드 (EDC)	1 - 에​​틸 -3 - (3 - 디메틸 아미노)	G - Biosciences	BC25 - 1
금 (증착을위한)
반사 지배 회절 격자		에드먼드 광학
인산염은 염분 (PBS)를 버퍼	Dulbecco의 인산 버퍼 염분 (D - PBS) (1X)	Invitrogen	14190-144