Name: 나노 입자의 광학 트래핑 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 39 s
Description: 배우세요 저레이저 강도로 20나노미터 유전체 나노입자를 광학 트래핑하는 방법을. 이 기술은 단백질 폴딩과 바이러스 감염 메커니즘 연구에 활용됩니다.

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우리는 자연 과학 및 캐나다 발견 교부금 공학 연구위원회 (NSERC)에서이 서적 및 자금을 후원 해 주신 Thorlabs을 인정합니다. 우리는이 비디오 문서의 제작 생산 지원을 위해 브라이스 Cyr와 더글러스 Rennehan 감사드립니다.

SIBA 트래핑 기술의 원리는 그림 1에 도시된다. 그림 2는 실험 설정의 개략도이다. 1. 광학 트래핑 설정 절차의이 섹션은 키트를 설정에 대한 자세한 내용은 광학 트래핑 키트에 수동 9 광학 힘 측정 모듈 매뉴얼 (10) 참조하십시오. 애벌랜치 포토 다이오드 (APD)이 구역 위치 검출기 대신 사용합니다. 광학 트래핑 키트에 포함되지 않은 나사의 경우, 캡 나사 및 하드웨어 키트 (Thorlabs, HW-KIT2)에있는 사람들을 사용합니다. 레이저가 켜져있을 때 눈 보호는 항상 착용해야합니다. 빔이 안전한 지역 및 보석과 같은 반사 액세서리,에 포함되어 있는지 확인 피해야한다. 레이저 다이오드를 취급 할 때 또한 정전기 방전 보호 좋습니다. <ol><li> 광학 트위터 키트 (Thorlabs, OTKB / M)와 힘 meas를 설정urement 모듈 (Thorlabs, OTKBFM) 각각의 설명서에 따라 있습니다. 실리콘 기반의 애벌랜치 포토 다이오드 (APD) (Thorlabs, APD110A)는 구역 위치 검출기 대신에 힘을 측정 모듈의 (Thorlabs, OTKBFM)의 사용됩니다. </li><li> 동축 케이블을 통해 오실로스코프 (Tektronics, TDS1012)에 APD를 연결합니다. </li><li> 빔 확장기 내부 반 파장 판을 (Thorlabs, AHWP05M-980)를 추가합니다. 반 파장 판은 두 렌즈 튜브 (Thorlabs, SM1L03) 사이에 고정되어 있습니다. </li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> 네 동일한 조각으로 금 코팅 테스트 슬라이드를 (EMF 사, CR / 호주) 자른다. 상업적으로 이용 가능한 슬라이드에 대한 대안으로, 우리는 또한에 대해 200 ° C의 높은 기판 온도에서 1 인치 정사각형 유리 슬라이드에 e-빔 증착에 의해 증착 2 nm의 티 부착 층과 100 nm의 두께 끊을 필름을 사용한 적어도 1 시간. 이 부드러운 다결정 필름을 생산하고 있습니다. </li><li> 에 대한 입력으로 두 번 nanohole 구조의 비트 맵 이미지를 만듭니다집중 이온 빔 (거짓말을) 시스템은 비트 맵입니다. 이미지는 두 고체 원, 190 nm의 중심 거리에 센터 직경이 160 나노 미터로 구성되어 있습니다. 이 템플릿은 약 15 nm의 팁 분리를 만듭니다. 원 사이의 선택 얇은 라인은 팁 사이에있는 잔류 금속을 제거 할 배치 할 수 있습니다. 그림 3A는 예를 들어 비트 맵 이미지를 보여줍니다. </li><li> 사소한 거짓말 (히타치, FB-2100) 밀링 시스템을 사용하여 두 번 nanohole 구조를 제조. 사소한 거짓말 밀링 패턴 (비트 맵의​​ 어두운 영역은 거짓말을하여 가공됩니다)에 단계 2.2의 비트 맵을 변환합니다. 40 KV, 60 K 시간 배율에서 15 μm 직경의 구멍을 제한 빔의 이온 가속 전압을 사용합니다. 밀 여든는 각 패스에 5 μsec 복용 시간 각을 두 번 nanohole에 전달합니다. 그림 3B는 전형적인 결과 구조를 보여줍니다. 필요에 따라 반복합니다. 오류를 허용하는 등 여러 nanoholes이 이루어져야합니다. </li><li> 중 거짓말을 및 / 또는 H로를 사용하여 등록 마커를 추가그리고 두 번 nanohole (들)의 대략적인 위치를 나타냅니다. </li><li> 선택적으로, 정확하게 구조의 품질 및 팁 분리를 평가하는 구멍의 SEM 이미지를보세요. </li></ol> 3. 마이크로 상공 회의소 마이크로 유체 챔버를 제조하기위한 프로세스 흐름 다이어그램은 그림 4에 표시됩니다. <ol><li> 일회용 컵에 polydimethylsiloxane (PDMS)베이스 (다우 코닝 캐나다, Sylgard 184 실리콘 엘라스토머베이스)의 10g와 경화 에이전트의 추가 1g (다우 코닝 캐나다, Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 경화 에이전트)를 넣어. 몇 분 동안 섞는다. </li><li> 모든 거품이 사라지기 전에는 진공 챔버에서 혼합 대피하십시오. </li><li> 9cm 직경 페트리 접시에 PDMS의 1.5 g을 넣어. 65 초. 그림 4B에 950 rpm으로 페트리 접시의 바닥에 스핀 코트 PDMS는 결과를 보여줍니다. 두께는 80 μm 미만인하는 한 중요하지 않으며 금 영화는 하단의 현미경 objectiv 이내의 거리에 있습니다전자의 작동 거리. </li><li> 부드럽게 곳 3-5 # 1.5 그림 4C 같이 사람들이 30 분에 중복 피난하지 않는 등의 PDMS로 coverslips (피셔 과학, 12-541-B). </li><li> coverslips를 이동하고 피난 동안 서로의 상단에 하나를 적층하는 경우, 부드럽게 서로를 그들을 이동합니다. 주의는 얇고 균일 한 coverslips에서 PDMS를 유지하기로 이동해야합니다. </li><li> coverslips의 조작이 필요 한 경우 30 분에 다시 페트리 접시를 피난한다. </li><li> 진공 챔버에서 페트리 접시를 제거하고 85 20 분에 핫 플레이트 요리를 ° C. </li><li> 면도날을 사용하여 커버 중 하나가 부드럽게 잘 팁 핀셋을 사용하여 슬라이드를 내다 미끄러 져 그만. PDMS는 그림 4E 같이 PMMA 페트리 접시보다 유리 커버 슬립에 더 접착제이므로 PDMS의 얇은 층은 coverslip에 남아있을 것입니다. </li><li> 그림 4 층에서와 같이 면도날로 PDMS의 3 × 3 밀리미터 창 밖으로 잘라. 이 창 챔버를 구성 곳 Nanoparticle 솔루션은 유지됩니다. </li></ol> 4. 샘플 준비 <ol><li> 아크릴을 사용하여 중앙에 ¾ &quot;직경 구멍 현미경 슬라이드를 제조.이는 레이저 커터로 수행 할 수 있습니다. 다른 자료도 사용하실 수 있습니다. 골드 샘플은 홀 내부에 배치됩니다. </li><li> 더블 양면 테이프로 구멍 테이프 둘레. 초과 테이프를 잘라 면도날을 사용합니다. </li><li> coverslip에에 배치 현미경 슬라이드, PDMS가 마주하고 있습니다. </li><li> w / V w / v는 탈 이온수를 사용하여 0.05 %에서 1 %에서 폴리스티렌 nanosphere 솔루션을 (열 과학, 3020A) 희석. micropipette 사용할 수 있습니다. </li><li> PDMS 창에서 솔루션의 몇 방울을 추가합니다. nanoholes이있는 금을 샘플로 드롭을 추가합니다. </li><li> nanoholes은 PDMS 창에 있다고 같은 coverslips 위에 장소 금 샘플입니다. 확실히 거품이 챔버 내부에 존재하지 않는 확인하십시오. coverslip 및 소량 초과 솔루션에 대해 금 샘플을 누릅니다. </li><li> 기름 침지 목표를 (사건이 여기로하지만, 필요 없습니다)를 사용하면, PDMS 창 밑에있는 coverslip의 반대편에 집중 기름 한 방울을 추가합니다. nanoholes의 위치를​​ 기록해보세요. </li><li> 침지 기름은 현미경 대물과의 접촉하게 될 때까지 슬라이드 홀더, 아래 마주 기름, 그리고 낮은 슬라이드 홀더에 현미경 슬라이드를 삽입합니다. </li><li> 대략 표시 마크는 목표 아래 있다는 등 슬라이드 무대를 맞 춥니 다. </li><li> nanoholes로 이어지는 표시 라인을 따르십시오. 표시 마크 및 열려있는 다른 영역을 화면 중앙에서 삭제하는 등 위치 슬라이드. 과도한 빛 전송 APD을 손상시킬 수 있습니다. </li><li> 레이저를 사용합니다. 이색 성 거울은 완벽하지이기 때문에, 레이저 빔에서 화면의 중심에서 가까운 곳이 나타납니다. </li><li> 압전 단계 제어 소프트웨어를 사용, 더 세 축에 정렬을 수정하십시오. </li></ol> 5. 데이터 수집 <ol><li> 그러는 함께표시 마크의 P, 위치 알려진 nanohole 위치에 자리가 인근에 있습니다. nanoholes은 해결 될 너무 작아되며 곳으로 만 표시됩니다. </li><li> 샘플을 통해 빛 전송은 오실로스코프의 신호 레벨로 표시됩니다. 빛 전송을 극대화 할로 추가 샘플을 맞 춥니 다. 표시 마크 및 빛 전송이 분야에서 높은 수로 표시와 비 표시 긁힘에주의하십시오. 흠집이 더 점진적 변화를 전시하면서 Nanoholes은 빛 전송에 갑자기 점프를 표시합니다. </li><li> 이중 nanohole 구조가 극성이므로 waveplate 사용하여, 높은 빛 전송을 위해 빛 양극화를 조정합니다. </li><li> , 소음을 최소화 브레드, 200 KΩ 저항과 100 PF 커패시터와 RC 필터를 구축하고 동축 케이블을 통해 APD 후 연결합니다. 이 값은 필수 데이터 수집의 대역폭을 고려하여 최적의 성능을 조정할 수 있습니다. </li><li> 오실로스코프 및 데이터 acquis를 연결동축 케이블과 T 어댑터 RC 필터에 ition 모듈 (오메가, USB-4711A). </li><li> 원하는 시간 동안 데이터 수집 모듈을 사용하여 APD의 전압을 드셔보세요. 수집 시간은 초 수백 일반적입니다. 이 경우, 사용자 정의 소프트웨어 패키지는 데이터 수집을 위해 사용되었다. 전압은 초당 2,000 시간에 샘플링합니다. </li><li> MATLAB을 사용하여 Savitzky - 골 레이 필터를 사용하여 획득 데이터를 필터링하고 그래프에 대 시간을시킵니다. </li></ol>

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이 기사에 생산 및 무료 액세스 Thorlabs의 후원을받습니다.

현재 설정은 nanohole의 구조로 인해서 효과적인 트래핑 능력을 갖추고 있습니다. 낮은 광학 농도에서이 nanohole 트랩 ~ 10 나노 미터 규모의 유전체 입자. 필요한 광 전력 대 입자의 역 넷째 주문 스케일링에 의해 제한됩니다 그러나, 그들은 일반적으로 섭동 정권에서 작동; 다른 소설 광학 트랩 광 다이폴 안테나 11, 귓속말 - 갤러리 모드 광 resonators 12,13 및 waveguides 14 등 크기, SIBA 두 번 nanohole 트랩 다르다. 대체 조리개 모양은 또한 직사각형 plasmonic nanopore 15 트래핑에 대해 발표했습니다. 이중 nanohole 트랩으로 표시 기타 유리한 자질은 입자 크기 선택 행동 7, 단일 트래핑 위치 (다중 입자 트래핑을 제한하는)와 제조 (16)의 용이성 등이 있습니다. 사소한 거짓말을 사용하여에 대한 대안으로 두 번 nanoholes은 콜로이드 석판을 사용하여 제조 될 수있다Y 6. 대형 polarizability과 크기의 생물 소재 트래핑은 세포 17,2,18, 담배 모자이크 바이러스 3 조작 거실과 대형 유전체 입자 19과 끝에 묶여 DNA의 가닥의 스트레칭, 박테리아 3 포함했다; 작은의하지만, 직접 트래핑 테 더링이없는 생물학적 샘플 도전 남아 있습니다. 이 트래핑 구성은 작은 생물 입자가 손상 또는 테 더링없이 오랜 기간 동안 개최 될 수 있도록 기존의 조명 핀셋과 원형 nanohole보다 낮은 빛의 농도에 작은 유전체 입자를 포집 할 수 있습니다. 또한, 트래핑 이벤트가 이러한 방법의 설치가 민감한 센서로 작동하고 바이러스와 단백질과 같은 작은 생물 입자를 감지 할 수 있도록 높은 신호 대 잡음 비율을 나타냅니다. 사실, 20 나노 미터 폴리스티렌 분야가 가장 작은 생물 입자과 비교 1.59의 굴절률이바이러스 있습니다. 이 방법은 생물 입자를 포함한 나노 입자의 고정 및 조작을위한 안정적이고 성숙한 기술, 역할을 할 수있을 것입니다. 이 기술의 응용은 마이크로 유체 환경에 통합이 포함되어 있습니다. 대신에 하나의 마이크로 유체 챔버를, 채널은 동적으로 굴절률 감지를위한 이상적인 환경을 제어하는​​ 데 사용됩니다. 이러한 설정은보다 안정적이고 강력한 설정과 용질의 빠른 분석으로 이어지는 하나의 마이크로 유체 칩에서 설정 될 것입니다. 또 다른 방법은 단일 형광 태그 바이러스, 반도체 양자 점과 녹색 형광 단백질의 특성에 대한 형광 검출 방식의 개발입니다. 이 설치는 매우 작은 샘플 분석 할 수 있도록, 하나의 바이러스 나 단백질의 바이오 센서에 변형에 대한 가능성이 있습니다. 마약 발견 21 질병과 감염 검출 (22)는 하나의 단백질 검출기를 높일 수 있습니다. 라만 SPEctroscopy는 입자 및 단일 결합 사건의 라만 신호의 검출을위한 통합 할 수 있습니다. 이중 nanohole 구조는 끝이 강화 라만 분광법 23 적절한 방법으로 강력한 지역 현장 개선을 할 수 있습니다. 재료 특성의 구체적인 라벨이없는 방법은 또한 라만 분광법 24를 사용하는 것이 가능해 질 것입니다.

<table border="1"><tbody><tr><td> 이름 </td><td> 제조업 자 </td><td> 일련 번호 </td><td> 코멘트 </td></tr><tr><td> 집중 오일 </td><td> Cargille 연구소 </td><td> 16,484 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 키트 </td><td> 다우 코닝 캐나다 </td><td></td><td> 수량 : 1 PDMS 기반과 경화 에이전트를 모두 포함 </td></tr><tr><td> 골드 코팅 테스트 슬라이드 </td><td> EMF 사 </td><td> 크롬 / 호주 </td><td> 수량 : 1 티 부착 층은 잘으로 사용할 수 있습니다 </td></tr><tr><td> 더 1.5 Coverslips 없습니다 </td><td> 피셔 과학 </td><td> 12-541-B </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 중심 이온 빔 시스템 </td><td> 히타치 </td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td> 휴대용 데이터 수집 모듈 </td><td> 오메가 공학 </td><td> USB-4711A </td><td> 큐uantity : 1 </td></tr><tr><td> 선형 단계 </td><td> 파커 </td><td> 4034M </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 레이저 다이오드 헤드와 컨트롤러 </td><td> Sacher Lasertechnik 그룹 </td><td> TEC 120 </td><td> 수량 : 1 수동 조정할 수 Littrow 레이저 시스템 </td></tr><tr><td> 디지털 오실로스코프 </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 20 나노 미터 Nanosphere 크기 기준 </td><td> 열 과학 </td><td> 3020A </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;렌즈 마운트 </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 0.3 &quot;렌즈 튜브 </td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td> 수량 : 2 </td></tr><tr><td> 흡수 ND 4.0 필터 </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 알루미늄 BreadboaRD </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 눈사태 포토 다이오드 </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 디지털 광학 파워 미터 </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> 수량 : 1 갔고, 다른 사람들은 할 것 </td></tr><tr><td> 힘 측정 모듈 </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 동적 미러 마운트 </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> 수량 : 1 주변 IR 레이저 품질 거울 </td></tr><tr><td> 레이저 다이오드 정전류 드라이버 </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> LD1255 광학 테이블 마운트 플레이트 </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 마운트 비 염색성의 하프 웨이브 플레이트 </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> 수량 : 1 690-1200 nm의 </td></tr><tr><td> 광학 트위터 키트 </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> 수량 : 1 측정 항목 또는 제국 </td></tr><tr><td> 홀더베이스를 게시 </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> 수량 : 2 </td></tr><tr><td> 전원 공급 장치 </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 전원 공급 장치 케이블 </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 직각 판 </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 직각 포스트 클램프 </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 스테인리스 광학 포스트 </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> 수량 : 1 </td></tr><tr><td> 테이블 클램프 </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> 수량 : 2 갔고, 다른 사람들은 할 것 </td></tr><tr><td> 열 센서 </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> 수량 : 1 디지털 광학 파워 미터에 대한 </td></tr><tr><td> 100 PF의 콘덴서 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 200 KOhm 저항 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 아크릴 시트 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 3 &quot;X 1&quot; 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 동축 케이블, 전선 및 커넥터의 구색 </td><td></td><td></td><td> 필요에 따라 </td></tr><tr><td> 브레드 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 오목 렌즈 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 다이아몬드 커터 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 더블 양면 테이프 </td><td></td><td></td><td> 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 면도날 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 중요하지 </td></tr><tr><td> 족집게 </td><td></td><td></td><td> 수량 : 1 모든 브랜드 벌금 팁 </td></tr></tbody></table>

나노 입자의 광학 트래핑

Optical Trapping of Nanoparticles

광학 트래핑은 빛을 사용하여 부드러운 방법으로 작은 물체를 immobilizing하고 조작하기위한 기술이며, 그것은 널리 작은 생물 입자를 포집 및 조작에 적용되었습니다. Ashkin 및 동료는 먼저 하나의 초점 빔 1을 사용 광학 핀셋을 보여 주었다. 단일 빔 트랩이 작은 레일 레이 정권 입자 1의 경우에 섭동 그라디언트 힘 제제를 사용하여 정확하게 설명 할 수 있습니다. 섭동 정권에서 광 전력은 입자 크기의 역 넷째 힘 입자 비늘을 수집 필요합니다. 높은 광학 힘은 유전체 입자를 손상 난방을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 직경이 109 nm의 덫 라텍스 분야는 생물학적 문제 2,3에 심각한 영향을 미칠 수있는 25 제 1 항에 15 MW 빔에 의해 파괴되었다. 자기 유도 백업 작업 (SIBA) 광학 트래핑은 50 나노 미터 폴리스티렌 분야를 추적하기는 제안 된비 섭동 정권 4. 비 섭동 정권에서 배경에 작은 유전율 대비 심지어 작은 입자가 크게 주변 전자기 필드에 영향을 미치는와 대형 광학 힘을 유도 할 수 있습니다. 입자가 조명 구멍을 입력으로 빛을 전송 때문에 유전체 로딩 중 크게 증가합니다. 입자는 조리개를 남겨하려고하면 감소 전송 입자를 막고, 구멍, 뉴턴의 제 3 법칙에 의해 입자 안쪽에 힘의 결과를 홀에서 운동량 바깥쪽으로의 변경을 초래합니다. 빛 전송 모니터링 할 수 있습니다, 따라서, 트랩은 센서 될 수 있습니다. SIBA 트래핑 기술은 더 더블 nanohole 구조를 사용하여 향상시킬 수 있습니다. 이중 nanohole 구조는 강력한 지역 필드 강화에게 5,6를 제공 보여왔다. 더블 nanohole의 두 날카로운 팁 사이에, 작은 입자는 광학 transmissio에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다N,이를 통해 대형 광학 힘을 유도. 그 결과, 작은 나노 입자는 같은 12 nm의 규산 분야 7 3.4 나노 유체 역학적 반경 소 혈청 알부민 단백질 8로, 덫을 할 수 있습니다. 이 작품에서 nanoparticle 트래핑에 사용 된 실험 구성이 설명되어 있습니다. 첫째, 우리 세부 Thorlabs 광학 트위터 키트를 기반으로 트래핑 설정의 조립. 다음, 우리는 금속 필름, 마이크로 유체 챔버의 제조 및 샘플 준비에 더블 nanohole의 nanofabrication 절차를 설명합니다. 마지막으로, 우리는 세부 데이터 수집 절차를하고 20 나노 미터 폴리스티렌 nanospheres을 수집하는 전형적인 결과를 제공합니다.

<html> 일반적인 인수 추적은 그림 5A에 표시됩니다. 트래핑 이벤트는 두 전송 전력 레벨 사이의 명확한 스위치를 보여주는 날카로운 가장자리와 함께 특질 상 갑자기입니다. 입자가 브라운 운동에 따라에 따라, 트래핑 이벤트가 무작위로 발생합니다. 20 나노 미터 입자를 들어, 트래핑에서 전송 변경 사항은 10-300 초 주변에 5-10 %와 트래핑 배 주위에 일반적이었다. 위에 설명 된 전력과 집중을위한 트래핑 이벤트를 달성 할 수있는 전형적인 시간은 분의 순서에 있습니다. 입자가 출시되면, 그것은 일반적으로 다음 트래핑 이벤트가 뒤에 있지만 steric 방해로 인해 그것은 동시에 여러 입자 트래핑을 볼 드물지입니다. 결과의 품질에 따라, 갇힌 상태에서 신호 노이즈의 일부 증가가있을 수 있습니다. 이 소음 증가는 덫 입자의 브라운 운동에서 비롯됩니다. 갇혀있는 입자없이,이 잡음 소스가 존재하지 않습니다. <html> _content &quot;&gt; 일부 유물은 트래핑 이벤트를 나타내는없는 결과에 표시 될 수 있습니다. 그림 5B과 같이 분 동안 전송에 날리는, 느린 변화를 보여주는 결과가 폐기해야합니다. 다른 유물도 존재할 수 있습니다 이러한 치료는 챔버가 거품이 무료로 제공하기 위해 이동하지 않는 경우 일관성 전송 변경, 전혀 과도한 소음 또는 전혀 트래핑가. 예를 들어, 거품이 불연속 강도 점프가 발생할 수 있습니다. 이러한 거품은 동적 측면에서 트래핑 이벤트에 다르게 응답합니다 행동과 강도 변화는, 그래서 그들은 쉽게 확인할 수있다. 이러한 증상이 가난한 더블 nanohole 구조, 오염 물질 또는 기계적 진동에 의해 발생 될 수 있습니다. 조용한 낮은 활동 설정이 높은이 설정을 배치하는 것이 좋습니다. 또한, 레이저 등을 수 정렬 후 몇 분을 해결하기 위해 무대뿐만 아니라 도움이 될 수 있습니다. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; 그림 1 Subwavelength 개구 광 전송 :) 입자없이, 유전체 입자로 인해 B) 증가 전송, C) 입자 시도가 떠나야하는 경우, 빛 추진력 (ΔT)에 감소하는 것과 같이 입자의 힘 (F)을하게됩니다. 구멍으로 다시 끌어, d)에 전송 ΔT의 변화로 이어지는, 입자에 의한 전송 곡선의 적목 변화. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . 그림은 2, 빨간색 원의 확대)은 B의 설정을 수집하는) 전체 회로도 표시됩니다, B) 확대는 더블 nanohole을 표시하고, PDMS 챔버 내부의 nanospheres, 더블 nanohole 구조의 C) SEM 이미지입니다. 사용 약어 : LD = 레이저 다이오드, ODF = 광학 밀도 필터, HWP = 반 파장 판, BE = 빔 확장기, MR = 거울, MO = 현미경 대물, 오이 MO는 = 기름 immer시온의 현미경 대물, DH = 더블 nanohole, APD = 사태 광 검출기. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> 그림 3 거짓말을 제조에 사용되는) 예 비트 맵 그림,. b)는 이중 nanohole의 SEM 이미지입니다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> 그림 4. 마이크로 유체 챔버를 제조를위한 프로세스 다이어그램. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> 그림 5. 20 나노 미터 폴리스티렌 분야로 이벤트를 트래핑의 (A) 전형적인 인수. (B) 급성 날리는를 보여주는 가난한 획득.

유전체의 저전력 광학 트래핑 다음 설치 방법 세부 금속 필름에 두 번 nanohole를 사용하여 나노 입자.

광학 트래핑은 빛을 이용하여 작은 물체를 부드럽게 고정하고 조작하는 기술로, ...를 트래핑하는 데 널리 적용되어 왔습니다.

이 절차의 전반적인 목표는 약 20 nanometers 크기의 입자를 포집하기 위한 개구부 광학 트래핑 장치를 구축하는 것입니다. 이를 위해, 측정이 가능하도록 기존의 광학 레이저 트래핑 장치에 검출기를 추가합니다. 그 다음, 측정 대상인 나노입자 용액을 이중 나노 홀 트랩이 있는 미세유체 챔버에 분주하고, 해당 챔버를 광학 트래핑 장치에 장착합니다.입자가 조명된 개구부에 진입하면 유전체 부하(dielectric loading)로 인해 빛의 투과율이 급격히 증가합니다. 입자가 개구부를 벗어나려 하면 투과율이 감소하면서 구멍 바깥쪽으로의 운동량 변화가 발생하며, 뉴턴의 제3법칙에 따라 입자를 다시 구멍 안으로 끌어당기는 힘이 작용하여 입자가 포집됩니다. 이 입자는 투과 곡선의 적색 편이(red shifting)를 일으키며, 이를 통해 모니터링이 가능합니다.따라서 이 트랩은 센서로 활용될 수 있습니다. 결과적으로, 이중 나노 홀을 통과하는 레이저 강도의 변화를 통해 포획된 단백질의 언폴딩(unfolding)을 포함하여 나노입자의 포획 이벤트를 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다. 구배력 광학 트래핑(gradient force optical trapping)과 같은 기존 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 더 낮은 레이저 강도로 더 작은 나노입자를 포획할 수 있다는 점입니다.이 방법은 단일 단백질이 어떻게 접히고 상호작용하는지, 그리고 바이러스 입자가 어떻게 살아있는 세포를 감염시키는지와 같은 생화학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일반적으로 이 방법을 사용하는 개인은 기존 레이저 트래핑 시스템에 더블 나노홀(double nana hole)을 통합하는 것이 어렵기 때문에 어려움을 겪게 됩니다. 광학 트래핑 설정은 힘 측정 모듈이 장착된 Thor Lab의 광학 집게 키트를 기반으로 합니다.힘 측정 모듈의 쿼드런트 검출기를 대체하기 위해 아발란체 광다이오드가 사용됩니다. 광학 트래핑 시스템을 설정할 때, 레이저가 켜져 있는 동안에는 항상 보안경을 착용해야 합니다. 밀폐된 공간에서 작업하고 빔을 트래핑 장치 내에 최대한 가둠으로써 빔이 안전 구역 내에 유지되도록 해야 하며, 반사성 장신구 착용은 피해야 합니다.라텍스 장갑을 착용합니다. 광학 장치의 청결을 유지하기 위해 광학 집게 키트와 힘 측정 모듈을 설치합니다. 제조사의 지침에 따르면, 조립된 광학 집게 키트는 도립 광학 현미경 구조이며 트랩 레이저, 100 x 오일 침수 대물렌즈, 3축 시료 위치 조절 스테이지 및 CCD 카메라로 구성됩니다.레이저 다이오드를 취급할 때는 정전기 방전 보호 조치를 취하는 것이 권장됩니다. 힘 측정 모듈을 사용하면 콘덴서 후방 초점 평면의 위치 검출을 통해 광집게를 보정할 수 있습니다. 힘 측정 모듈 대신 실리콘 기반의 아발란체 광다이오드(APD) 또는 포토다이오드(PD)가 사용됩니다.사분면 위치 검출기(Quadrant position detector)에 200 kΩ 저항과 100 pF 커패시터를 사용한 저항-커패시터(RC) 필터를 삽입합니다. 이는 고주파 노이즈를 줄여 오실로스코프에서 포획 이벤트를 더 쉽게 관찰하기 위해 사용됩니다. 동축 케이블을 사용하여 APD 이후에 RC 필터를 연결하십시오. 그런 다음 동축 케이블과 T-어댑터를 사용하여 오실로스코프와 데이터 수집 모듈을 RC 필터에 연결하십시오.이제 시스템에 샘플을 로딩할 준비가 되었습니다. 이중 나노 홀 조리개는 집속 이온 빔을 이용하여 금 박막에 가공한 두 개의 나노 홀로 구성됩니다. 박막의 두께는 100 nanometers이며 유리 기판에 의해 지지됩니다.나노 홀들이 서로 겹쳐져 두 개의 날카로운 첨점(cusp)을 형성합니다. 나노 입자들은 이중 나노 홀에 입사되는 레이저 빛에 의해 이 첨점들 사이의 간극에 포획됩니다.광학 현미경으로 이중 나노 홀의 위치를 식별하는 것을 돕기 위해 금속 박막에 큰 정렬 표식(registration features)을 밀링해야 합니다. 이러한 표식들은 이중 나노 홀로부터 약 100 microns 떨어진 곳에 배치해야 합니다. 일회용 컵에 10 grams의 폴리디메틸실록산(poly dimethyl suboxane) 또는 PDMS 베이스와 1 gram의 경화제를 붓습니다. 수 분 동안 혼합합니다.그 후, 기포가 모두 사라질 때까지 진공 챔버에서 혼합물을 탈기시킵니다. 다음으로, 직경 9cm 페트리 접시에 PDMS 1.5g을 붓습니다. 스핀 코팅 과정을 통해 페트리 접시 바닥에 PDMS를 950 RPM으로 65초 동안 스핀 코팅합니다.두께가 80 microns 미만이라면 크게 중요하지 않습니다. 1.5번 커버 슬립 3~5개를 서로 겹치지 않게 PDMS 위에 조심스럽게 올린 후 30분 동안 진공 배기합니다.배기 과정 중에 커버 슬립이 움직여 서로 겹쳐 쌓인 경우, 조심스럽게 분리하십시오. 커버 슬립 아래의 PDMS가 얇고 균일하게 유지되도록 주의하십시오. 그 다음, 페트리 접시를 다시 30분 동안 배기하십시오.페트리 접시를 진공 챔버에서 꺼내 핫 플레이트 위에서 85 °C로 20분 동안 가열하여 PDMS를 경화시킵니다. PDMS가 응고되면 면도날을 사용하여 커버슬립 중 하나의 가장자리를 따라 자릅니다. 그런 다음 정밀 핀셋이나 칼날을 사용하여 슬라이드를 조심스럽게 들어 올리면, 얇은 PDMS 층이 커버슬립에 부착되어 있을 것입니다.PDMS가 부착된 커버글라스를 새로운 페트리 접시에 놓습니다. 그런 다음 면도날을 사용하여 PDMS에 3 mm × 3 mm 크기의 창을 냅니다. 이 창은 나노입자 용액이 담길 챔버가 됩니다.레이저 커터를 사용하여 중앙에 3/4인치 직경의 구멍이 있는 아크릴 현미경 슬라이드 홀더를 제작합니다. 구멍의 둘레를 양면테이프로 붙입니다. 면도날을 사용하여 남은 테이프를 잘라냅니다.제작된 현미경 슬라이드를 준비된 PDMS 코팅 커버 슬립 중 하나 위에 올려, PDMS가 유리와 아크릴 사이에 샌드위치 구조로 놓이게 합니다. 마이크로 파이펫을 사용하여 0.05% weight per volume 폴리스티렌 나노구체 용액을 PDMS 윈도우에 몇 방울 첨가합니다.나노 홀이 있는 금 박막 위에 한 방울을 떨어뜨립니다. PDMS 창 내부에 나노 홀이 위치하도록 금 샘플을 커버 슬립 위에 놓습니다. 챔버 내에 기포가 없는지 확인하십시오.그 다음 금 샘플을 커버에 밀착시킵니다. 오일 침강 렌즈를 사용할 예정이므로, 과도한 용액은 밀어내어 닦아냅니다. PDMS 윈도우 위의 커버 슬립 반대편에 오일을 한 방울 떨어뜨립니다.나노 홀의 위치를 확인하십시오. 현미경을 삽입하십시오. 슬라이드를 오일 면이 아래로 향하도록 슬라이드 홀더에 밀어 넣은 다음, 이머전 오일이 현미경에 닿을 때까지 슬라이드 홀더를 내리십시오.대물렌즈의 위치를 대략적으로 조정하여 금 박막에 식각된 정렬 마크가 대물렌즈 아래에 오도록 합니다. 트래핑 키트에 포함된 Thor site와 같은 이미지 획득 소프트웨어를 사용하여 금 박막의 정렬 마크를 찾고, 표시선을 따라 나노 홀(nano holes)의 위치를 찾습니다.인디케이터 표시 및 기타 개방 영역이 화면 중심에서 벗어나도록 슬라이드를 배치하십시오. 과도한 빛 투과는 A PD에 손상을 줄 수 있으므로 레이저를 켜십시오. 다이크로익 미러가 완벽하지 않기 때문에, 레이저 빔에 의해 화면 중심 근처에 스폿이 나타나야 합니다.피조 스테이지 제어 소프트웨어를 사용합니다. 세 축 모두에 대해 정렬을 더욱 미세하게 조정합니다. 정렬이 정확해지면 PD 전압이 최대가 되며, 이는 나노 구멍을 통한 투과율이 가장 높음을 나타냅니다.시스템 설정과 시료 로딩이 완료되었으므로, 광학 포집 데이터를 획득할 수 있습니다. 표시 마커를 이용하여 스팟을 기지의 나노 홀 위치 근처에 배치하십시오. 이중 나노 홀은 크기가 너무 작아 명확하게 분해되지 않으며, 화면상에서는 작은 점으로 나타납니다.샘플을 통과하는 광 투과율은 오실로스코프의 신호 레벨로 표시됩니다. 광 투과율이 최대가 되도록 샘플을 추가로 정렬하십시오. 표시 마크와 가시적 또는 비가시적 긁힘(scratch) 부위에서는 광 투과율이 높게 나타나므로 주의해야 하며, 나노 홀(nano hole)은 긁힘과 달리 광 투과율에서 갑작스러운 도약을 보입니다.파장판(wave plate)을 사용하여 보다 점진적인 변화를 유도합니다. 이중 나노 홀 구조는 편광 특성을 가지므로, 빛의 투과율이 최대가 되도록 광 편광을 조절합니다. 데이터를 획득하려면 데이터 수집 모듈을 사용하여 원하는 시간 동안 APD 전압을 샘플링합니다.획득 시간은 일반적으로 수백 초 정도입니다. 본 실험에서는 데이터 획득을 위해 맞춤형 소프트웨어가 사용되었으며, 전압은 초당 2000회 샘플링되었습니다. MATLAB을 사용하여 획득한 데이터를 KY Gole 필터로 필터링하고, 이를 시간 대비 그래프로 작성하여 20 nanometer 폴리스티렌 나노입자의 포획을 나타내었으며, 이중 나노 홀을 통한 투과율을 시간의 함수로 측정하였습니다.이후 PD를 사용하여 광 투과도를 도식화하였습니다. 시간에 따른 포획 이벤트는 특징적으로 갑작스럽게 발생하며, 이 예시에서 보는 바와 같이 두 투과 전력 수준 사이의 명확한 전환을 나타내는 날카로운 경계가 나타납니다. 포획된 상태에서는 신호 노이즈가 증가하는 경우가 빈번하며, 이러한 노이즈 증가는 포획된 입자의 브라운 운동으로 인해 발생합니다.포획된 입자가 없으면 이러한 노이즈 소스가 발생하지 않는다는 점에 유의하십시오. 포획 이벤트와 관련이 없는 일부 아티팩트가 결과에 나타날 수 있습니다. 여기에서 보여주는 것처럼 수 분 동안 투과율이 서서히 변하는 드리프트 현상이 나타나는 결과는 폐기해야 합니다. 이 절차 이후에, 라만 분광법 및 형광 분광법과 같은 다른 방법을 수행하여 포획된 나노입자의 성질에 관한 추가적인 의문점을 해결할 수 있습니다.이 기술은 연구자들이 생물학적으로 유의미한 나노입자를 단일 분자 수준에서 연구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 예를 들어, 단일 분자 수준에서 단백질 결합을 감지하거나 바이러스 감염을 연구하는 것이 가능해졌습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 단일 나노입자를 포획하기 위해 이중 nHo 광학 트랩을 도립 현미경 레이저 T 시스템에 통합하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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

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

여기에 설명 된 시스템은 여러 개의 트랩을 생성하고 조작 할 수있는 기존의 광학 트랩뿐만 아니라 독립적 인 홀로그램 광학 트래핑 라인을 사용합니다. 또한 생물 효소의 활동을 동시에 고속, 고해상도 측정을 허용하는 동안이 굴절 입자의 복잡한 기하학적 배열을 만들 수 있습니다.

기존 및 홀로 그래픽 광학 트래핑 기능과 고해상도 현미경의 구조

우리는 수생 생물의 주파수의 움직임을 조사하고 특성을 플라즈몬 나노 입자의 광학 추적을 사용합니다.

&#39;Nauplius의 움직임을 분석<em&gt; 아테 살리나</em&gt; &#39;플라즈몬 나노 입자의 광학 추적하여

기존 광학 조작 기술의 확장성과 해상도는 회절에 의해 제한됩니다. 우리는 회절 한계를 우회하고 밀접하게 배치된 C자형 플라즈몬 공진기의 경로로 패턴화된 금 표면을 사용하여 칩을 가로질러 나노 입자를 광학적으로 운반하는 방법을 설명합니다.

나노 광학 컨베이어 벨트의 제작 및 운영

선택된 유전체 미립자를 공기 중에 발사하고 안정적으로 포집하기 위한 프로토콜이 제시됩니다.

공기에서 유전체 미세 입자의 광학 트랩로드

플라즈몬 핀셋을 통합 마이크로 칩 제조 공정은 여기에 표시됩니다. 마이크로 칩은 최대 트래핑 힘을 측정하기 위해 갇힌 입자의 영상을 가능하게한다.

모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스

우리 nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자를 광학 트랩을 절차를 설명 합니다.

Nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑

Plasmonic 골드 nanorods 액체에 갇혀 고 kHz 주파수 원형 편광 광학 핀셋을 사용 하 여에서 회전 될 수 있습니다. 연구와 과학의 많은 분야에서 응용 프로그램에 대 한 강력한 시스템을 리드 Brownian 역동성 분석 및 빛 scatteringspectroscopy 도구를 소개.

건설 및 골드 하이퍼 로타리 빛 구동 모터 시스템의 운영

본 프로토콜은 민감한 분자 검출을 위해 플라즈몬 나노입자를 조작하기 위해 광학 트래핑 및 표면 강화 라만 분광법(SERS)을 통합하는 편리한 접근 방식을 설명합니다. 응집제 없이 트래핑 레이저는 플라즈몬 나노입자를 조립하여 현장 분광 측정을 위한 표적 분석물의 SERS 신호를 향상시킵니다.

In Situ 표면 강화 라만 분광법 특성화를 위한 플라즈몬 나노입자의 광학 트래핑

이 논문은 역동적이고 보트 모양의 광동 트랩을 사용하여 공기 중 큰 금속 입자를 장기간 안정적으로 포획하고 정확한 위치를 파악하는 실험적 방법을 설명합니다. 이 시스템은 플라즈모닉 상호작용 연구에 적합한 제어된 조작을 가능하게 합니다.

직접 끌어당기는 측면벽이 있는 &#39;보트&#39; 트랩을 이용해 공기 중 큰 금속 입자를 광학적으로 포획하는 방법

배우세요 저레이저 강도로 20나노미터 유전체 나노입자를 광학 트래핑하는 방법을. 이 기술은 단백질 폴딩과 바이러스 감염 메커니즘 연구에 활용됩니다.

나노 입자의 광학 트래핑

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