나노 입자의 광학 트래핑

이 절차의 전반적인 목표는 약 20나노미터 크기의 입자를 포획하기 위한 조리개 광학 트래핑 설정을 만드는 것입니다. 이를 위해 기존 광학 레이저 트래핑 설정에 검출기를 추가하여 측정을 가능하게 합니다. 그런 다음 측정할 나노 입자 용액을 이중 나노 홀 트랩이 있는 미세유체 챔버에 분배하고 챔버를 광학 트래핑 설정에 로드합니다.

입자가 조명이 켜진 조리개에 들어가면 유전 부하로 인해 광 투과율이 급격히 증가합니다. 입자가 조리개를 벗어나려고 하면 투과율이 감소하여 구멍에서 바깥쪽으로 운동량이 변경되고 뉴턴의 제3법칙에 따라 입자를 구멍 안으로 다시 끌어당기는 힘이 발생하여 입자를 가두게 됩니다. 이 입자는 투과 곡선의 적색 이동을 일으키며, 이를 모니터링할 수 있습니다.

따라서 트랩은 센서가 될 수 있습니다. 궁극적으로, 이중 나노 구멍을 통한 레이저 강도의 변화로 표시된 바와 같이 갇힌 단백질의 풀림을 포함하여 나노 입자의 포획 이벤트를 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다. gradient force optical trapping과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 더 낮은 레이저 강도로 더 작은 나노 입자를 포획할 수 있다는 것입니다.

이 방법은 단일 단백질이 어떻게 접히고 상호 작용하는지, 바이러스 입자가 어떻게 살아있는 세포를 감염시키는지와 같은 생화학의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일반적으로 이 방법으로 인해 개인은 이중 나나 구멍을 기존 레이저 트래핑 시스템에 통합하기 어렵기 때문에 어려움을 겪을 것입니다. 광학 트래핑 설정은 힘 측정 모듈이 장착된 Thor Lab의 광학 핀셋 키트를 기반으로 합니다.

눈사태 포토 다이오드는 힘 측정 모듈의 사분면 검출기를 대체하는 데 사용됩니다. 광학 트래핑 시스템을 설정할 때 레이저가 켜져 있을 때마다 보안경을 착용해야 합니다. 밀폐된 방에서 작동하고 빔을 트래핑 설정 내에 최대한 제한하여 빔이 안전한 영역 내에 포함되도록 하고 반사 장신구는 피해야 합니다.

라텍스 장갑을 착용합니다. 광학 장치의 청결을 보장하려면 광학 핀셋 키트와 힘 측정 모듈을 설정하십시오. 제조업체의 지침에 따르면 조립된 광학 핀셋 키트는 도립 광 현미경 설계를 가지고 있으며 트랩 레이저, 100배 오일 이멀젼 대물렌즈, 3축 샘플 포지셔닝 스테이지 및 CCD 카메라로 구성됩니다.

레이저 다이오드를 다룰 때는 정전기 방전 보호가 권장됩니다. force measurement module을 사용하면 콘덴서의 후면 초점면의 위치 감지를 사용하여 광학 핀셋을 보정할 수 있습니다. 힘 측정 모듈 대신 실리콘 기반 눈사태 사진 DDE 또는 PD가 사용됩니다.

사분면 위치 감지기는 또한 200 킬로 오 저항과 100 피코패라드 커패시터를 사용하여 저항 커패시터 또는 RC 필터를 삽입합니다. 이는 고주파 노이즈를 줄이고 오실로스코프에서 트래핑 이벤트를 쉽게 볼 수 있도록 하는 데 사용됩니다. 동축 케이블을 사용하여 A PD 후 RC 필터를 연결하십시오. 그런 다음 동축 케이블과 T 어댑터를 사용하여 오실로스코프와 데이터 수집 모듈을 RC 필터에 연결합니다.

이제 시스템을 시료 주입할 준비가 되었습니다. 이중 나노 구멍 조리개는 집속 이온 빔에 의해 금 필름으로 밀링된 두 개의 나노 구멍으로 구성됩니다. 필름은 두께가 100나노미터이며 유리 기판으로 지지됩니다.

나노 구멍이 겹쳐져 두 개의 날카로운 교두를 생성합니다. 나노 입자는 레이저 광에 의해 이러한 교두 사이의 틈에 갇히게 됩니다. 그것은 이중 나노 구멍에서 발생합니다.

또한 광학 현미경에서 이중 나노 구멍 위치를 식별하는 데 도움이 되도록 금속 필름에 큰 등록 기능을 밀링해야 합니다. 이러한 기능은 이중 나노 구멍에서 약 100미크론 떨어져 있어야 합니다. 폴리 디메틸 수복산 또는 PDMS 염기 10g과 경화제 1g을 일회용 컵에 붓고 몇 분 동안 섞습니다.

그런 다음 모든 거품이 사라질 때까지 진공 챔버에서 혼합물을 배출합니다. 다음으로, 직경 9cm의 페트리 접시에 PDMS 1.5g을 붓습니다. 탈수 후 950초 동안 950RPM으로 페트리 접시 바닥에 PDMS를 스핀 코팅합니다.

두께는 80미크론 미만인 한 중요하지 않습니다. 3-5개를 부드럽게 놓습니다. 번호 1.5 덮개는 PDMS에 미끄러져 30분 동안 겹치지 않고 대피

대피 중에 덮개가 미끄러져 움직여 서로 겹쳐 쌓이면 서로 부드럽게 떼어냅니다. PDMS 언더 커버 슬립을 얇고 균일하게 유지하십시오. 그런 다음 30분 동안 페트리 접시를 다시 비우십시오.

진공 챔버에서 페트리 접시를 제거하고 PDMS를 경화시키기 위해 섭씨 85도에서 20분 동안 핫 플레이트에서 가열합니다. PDMS가 응고되면 면도날을 사용하여 커버 슬립 중 하나의 가장자리를 따라 자릅니다. 그런 다음 가는 팁 핀셋이나 블레이드를 사용하여 슬라이드를 부드럽게 들어 올리면 PDMS의 얇은 층이 커버 슬립에 부착됩니다.

PDMS가 있는 커버 유리를 새 페트리 접시에 놓습니다. 그런 다음 면도날을 사용하여 PDMS에서 3mm x 3mm 창을 잘라냅니다. 이 창은 나노 입자 용액이 보관될 챔버를 형성합니다.

레이저 절단기를 사용하여 중앙에 3/4인치 직경의 구멍이 있는 아크릴 현미경 슬라이드 홀더를 제작합니다. 양면 테이프로 구멍 둘레를 테이프로 붙입니다. 면도날을 사용하여 여분의 테이프를 잘라냅니다.

PDMS가 유리와 아크릴 사이에 끼워지도록 준비된 PDMS 코팅 커버 슬립 중 하나에 제작된 현미경 슬라이드를 놓습니다. 마이크로 피펫을 사용하여 부피당 0.05% 중량을 몇 방울 떨어뜨립니다. PDMS 창에 대한 폴리스티렌 나노스피어 솔루션.

나노 구멍이 있는 금 필름에 한 방울 떨어뜨립니다. 금 샘플을 PDMS 창 내부의 나노 구멍이 있는 커버 슬립 위에 놓습니다. 챔버에 기포가 없는지 확인하십시오.

그런 다음 금 샘플을 덮개에 대고 누릅니다. 오일 이멀젼 대물렌즈가 사용되기 때문에 여분의 용액을 미끄러지고 두드리십시오. PDMS 창 상단의 커버 슬립 반대편에 오일 한 방울을 추가합니다.

나노 구멍의 위치를 기록해 두십시오. 현미경을 삽입합니다. 슬라이드 홀더 오일이 아래를 향하도록 밀어 넣은 다음 침지 오일이 현미경에 닿을 때까지 슬라이드 홀더를 내립니다.

목표, 슬라이드 s를 대략적으로 정렬합니다.tage 금색 필름에 밀링된 등록 표시가 대물렌즈 아래에 있도록 합니다. 트래핑 키트의 일부로 포함된 Thor site와 같은 이미지 획득 소프트웨어를 사용합니다. 금색 필름의 등록 표시를 찾아 나나 구멍까지 표시선을 따릅니다.

표시기 표시 및 기타 열린 영역이 화면 중앙에서 지워지도록 슬라이드를 배치합니다. 과도한 광 투과율은 레이저를 켜는 A PD 턴을 손상시킬 수 있습니다. 이색성 거울은 완벽하지 않기 때문에 레이저 빔에서 화면 중앙 근처에 지점이 나타나야 합니다.

pizo 스테이지 제어 소프트웨어 사용. 세 축 모두에서 정렬을 더 구체화합니다. 정렬이 올바르면 최대 PD 전압이 관찰되어 나노 조리개를 통한 가장 높은 투과율을 나타냅니다.

이제 시스템이 설정되고 샘플이 로드되었으므로 광학 트래핑 데이터를 수집할 수 있습니다. 지시자 표시의 도움으로 알려진 나노 구멍 위치에 가깝게 지점을 배치합니다. 이중 나노 구멍은 너무 작아서 명확하게 해결할 수 없으며 화면에 작은 점으로 나타납니다.

샘플을 통한 광 투과율은 오실로스코프의 신호 레벨로 표시됩니다. 광 투과율을 최대화하기 위해 샘플을 추가로 정렬합니다. 이 지역에서는 광 투과율이 높으므로 표시기 표시와 눈에 보이거나 보이지 않는 긁힘에 주의하고 나노 구멍은 긁히는 동안 광 투과율이 갑자기 급증합니다.

웨이브 플레이트를 사용하여 보다 점진적인 변화를 나타냅니다. 이중 나노 홀 구조가 편광됨에 따라 가장 높은 광 투과율을 달성하기 위해 광 편광을 조정합니다. 데이터를 수집하려면 데이터 수집 모듈을 사용하여 원하는 시간 동안 APD 전압을 샘플링합니다.

획득 시간은 일반적으로 수백 초입니다. 이 경우 데이터 수집을 위해 맞춤형 소프트웨어가 사용되며 전압은 초당 2000회 샘플링됩니다. MATLAB을 사용하여 KY Gole 필터를 사용하여 획득한 데이터를 필터링하고 20나노미터 폴리스티렌 나노 입자의 포획을 보여주는 그래프에 백리향과 비교하여 플롯을 사용하여 이중 나노 구멍을 통한 투과율을 시간 함수로 측정했습니다.

그런 다음 PD 광 전송을 사용하여 플롯했습니다. 시간이 지남에 따라 트래핑 이벤트는 특징적으로 갑작스러우며, 이 예에서 볼 수 있듯이 두 전송 전력 레벨 간의 명확한 전환을 보여주는 날카로운 가장자리가 있으며, 트랩된 상태에서 신호 노이즈가 자주 증가합니다. 이러한 노이즈 증가는 갇힌 입자의 갈색 운동에서 비롯됩니다.

트랩된 입자가 없으면 이 노이즈 소스가 존재하지 않습니다. 일부 아티팩트는 트랩 이벤트를 나타내지 않는 결과에 표시될 수 있습니다. 여기에 나타난 바와 같이 몇 분 동안 투과율의 느린 변화로 보이는 표류를 보여주는 결과는 폐기해야 합니다.이 절차에 따라 라면과 형광 분광법과 같은 다른 방법을 수행하여 개발 후 갇히는 나노 입자의 특성에 대한 추가 질문에 답할 수 있습니다.

이 기술은 연구자들이 단일 분자 수준에서 생물학적으로 관련된 나노 입자를 연구할 수 있는 길을 열었습니다. 예를 들어, 단백질 결합을 감지하고 단일 분자 수준에서 바이러스 감염을 연구합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 이중 nho 광학 트랩을 인버터 현미경 레이저 T 시스템에 통합하여 단일 나노 입자를 포획하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.