Name: 공기에서 유전체 미세 입자의 광학 트랩로드 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 57 s
Description: 배우세요 공기 중 유전체 미세 입자를 광학 트랩으로 포획하는 압전식 런처 구축 방법을. 표면 화학 연구를 위해 입자 크기와 형태를 선택하여 반복 측정이 가능합니다.

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모든 작업은 National Institute of Standards and Technology의 지원하에 수행되었습니다. 이 프로토콜에 대한 이해를 촉진하기 위해 특정 상용 장비, 도구 또는 재료가 식별됩니다. 이러한 식별은 미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)의 권장 또는 승인을 의미하지 않으며, 식별된 재료 또는 장비가 반드시 해당 목적에 가장 적합하다는 것을 의미하지도 않습니다.

주의 : 실험 전에 모든 관련 안전 프로그램을 참조하십시오. 이 프로토콜에서 설명하는 모든 실험 절차는 NIST 레이저 안전 프로그램뿐만 아니라 다른 관련 규정에 따라 수행된다. 선택 및 특정 파장 및 전력 용으로 설계된 레이저 보호 안경으로 적절한 개인 보호 장비 (PPE)를 착용하시기 바랍니다. 건식 나노 / 마이크로 입자를 취급 추가 호흡 보호가 필요할 수 있습니다. 1. 디자인 및 PZT 홀더의 제작 및 샘플 인클로저 <ol><li> PZT 계 홀더 및 샘플 케이스를 디자인 참고 : 특정 설계 값이 PZT의 선택에 따라 달라집니다. <ol><li> 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어 패키지를 연다. 주어진 PZT 차원에 대한 홀더의 2 차원 스케치를 그린다. 밀어 내기 / 돌출 컷의 조합을 사용하여 체적 기능에 2D 스케치를 개발한다. </li><li> 스케치를 클릭합니다사각형을 그릴과 직사각형 큐브를 그것을 돌출. </li><li> 커버 링 타입 PZT를 보유하는 원형 오목 기능을 정의하는 큐브의 상면 디스크 스케치. </li><li> 실시간 이미징 트래핑 모두 광 액세스하는 중앙 구멍을 정의한다. </li><li> 그림 2에서와 같이 중앙 영역을 향해 초음파 전력을 집중 평평한 금속 (구리) 링을 삽입하는 중앙 구멍의 가장자리를 따라 원형 가이드를 정의합니다. </li><li> 도 2C 및 2D에 도시 된 바와 같이, PZT 홀더 M6 나사 구멍을위한 두 개의 구멍 (중앙 구멍, 4mm 두께의 알루미늄 판 저면 구입)를 바닥 판에 조립 될 만든다. </li><li> 유사한 방식으로, 샘플 인클로저의 사각형 틀을 설계한다. 스케치 (Sketch)를 클릭하고 사각형을 그립니다, 그것은 사각형 상자 만들기 위해 사각형을 돌출. </li><li> rectangula의 상면에 작은 사각형을 그리R 상자와 사각 관으로 만들 수있는 사각형을 돌출는 컷. </li><li> 샘플 격납 박스의 프레임으로 변환하기 위해 튜브 돌출 컷의 측벽에 작은 직사각형을 그린다. </li><li> 3 차원 프린팅 프로세스의 조형 (STL) 파일 형식으로 이러한 3 차원 (3D) 모델을 변환 (도 2B). </li></ol></li><li> 디자인 된 개체의 3D 인쇄 <ol><li> 3 차원 프린터 운영 소프트웨어의 설계 파일 ( &quot;-.STL&quot;)을 엽니 다. 평면 0 / .and 센터에게상의 객체를 객체를 배치 (0, 0, 0)을 선택하기 위해 오브젝트를 클릭 정렬 기능을 이용하여 : &quot;플랫폼&quot;, &quot;이동&quot;, 및 &quot;센터&quot;. 위로 섬세한 기능을 향하도록 PZT 홀더의 방향. 오목 표면은 위쪽으로 직면하게 될 것입니다. </li><li> 메뉴에서 &quot;설정&quot;및 &quot;품질&quot;탭으로 이동합니다. 100 %, 포탄의 수 : 2 및 레이어 높이 : 다음으로 된 충전을 인쇄 값을 설정 0.2mm. </li><li> 총 인쇄 시간을 확인하고 원하는대로 계층화 된 개체를 인쇄 할 수 있는지 확인하기 위해 개체를 미리 볼 수 있습니다. 는 &quot;.x3g&quot;형식으로 3D 인쇄 파일을 내보내고 3D 프린터에서 사용하도록 저장합니다. </li><li> 3 차원 프린터의 전원을 켜고 압출 노즐의 온도가 작동 온도에 도달 할 때까지 따뜻하게, 230 ° C. 메모리 카드 또는 네트워크 드라이브에서 디자인 파일을로드합니다. </li><li> 최대 따뜻한 동안 객체가 안전하게 준수하기 위해 파란색 화가의 테이프로 빌드 플랫폼을 배치합니다. 상기 인쇄 작업의 열가소성 재료로서, 두 객체의 폴리 락트산 (PLA) 필라멘트를 사용한다. </li><li> 디자인 된 개체를 인쇄 할 수 있습니다. 인쇄 작업이 완료되면이 냉각 한 후, 프린터의 전원을 끄십시오. </li><li> 끌을 사용하여 플랫폼에서 인쇄 된 개체를 분리합니다. 인쇄 된 개체를 정돈합니다. 방향이 적절히 선택되면, PZT 홀더 직접 상기 후 처리없이 사용할 수있다. </li><li> FOR 샘플 인클로저는 프레임을 포함하는 산화 인듐 주석 (ITO) 코팅 된 커버 세 커버 글라스의 한 쌍을 제조. 인클로저에 coverslip에 맞게 다이아몬드 커터를 사용합니다. </li><li> 와이어 빠른 건조 실버 페인트를 사용하여 상기 두 개의 병렬 도체 판 개의 플레이트를 가로 질러 전압을 공급한다. 인스턴트 접착제 접착제를 사용하여 샘플 케이스에이 다섯 가지 창을 접착제. 주 : ITO 코팅 된 커버하는 한 쌍의 병렬 샘플 인클로저에 설치되어 균일 한 전기장을 제공하고, 전기장을 따라 자연스럽게 대전 입자의 탄도 운동을 생성하는 (서로 마주 보는). 세 종래 커버 슬립 공기의 외부 흐름 포획 입자를 보호하는 샘플 격납면 (상부 및 다른 두 변)의 나머지 부분을 덮 </li></ol></li></ol> 선택된 미세 2. 광학 트랩로드 <ol><li> 샘플 준비 <ol><li> 의 미세 입자를 저장진공 건조기는 실험 전에 공기 중의 수분과의 접촉을 줄일 수 있습니다. </li><li> 유리 슬라이드에 미세 입자의 작은 부분을 붓고 즉시 다시 데시 케이 터에서 제조의 병을 넣어. </li><li> 유리 모세관 튜브 미립자의 일부를 선택합니다. 커버 슬립을 통해 모세관을 잡고 조심스럽게 모세관에 눌러 기판 위에 입자를 분산 형. </li><li> 암시 야 현미경을 사용하여 기판의 양과 증착 입자의 분포를 확인한다. 주의 : 샘플 준비 단계에서, 입자는 단지 커버 슬립 상에 분산되고, PZT 및 PZT 홀더간에 삽입하기 전에 전체 구성을 확인하기 위해 광학 현미경 (분산 미립자와 커버 슬립) 이미지화. 표면 부착 기판 개별 미립자를 보유 할만큼 충분히 강하다 때문에 상당한 외력이인가되지 않으면, 접착 입자가 견고하게 고정된다. </li></oL&gt; </li><li> 압전 실행 어셈블리 <ol><li> 평평한 바닥 판, 영화의 PZT, 유리 커버 슬립, 구리 반지의 PZT 홀더, 두 개의 M6 나사 및 샘플 인클로저를 절연 : 압전 실행 프로그램의 모든 구성 요소를 가져옵니다. </li><li> PZT를 절연하기 위해 바닥 판에 박막 (또는 테이프)를 적용합니다. 유리 커버 슬립이 스택의 상부를 분리. </li><li> 커버 슬립, 구리 링 및 PZT 홀더 다음 지금 테이프로 절연 평판의 상단에있는 PZT를 중심으로하여 스택을 조립합니다. 함께 홀더로도 2C 및 2D에 나타낸 실시하는 경우 홀더에 PZT 단락 방지하기 위해 PZT의 중심을 유지하는 스택 나사. 구리 링은 플라스틱 PZT 소지자 스택에 균일하게 분포 된 기계 프리로드를 제공합니다. </li><li> 마지막으로, 스택에 샘플 케이스를 접착제와 현미경에 XYZ의 번역 단계에서 어셈블리를 장착. </li></ol></li><li> PZT 런처의 구성 참고 : 고전압 신호와 PZT를 운전 잠재적 전기 위험이 있습니다. 실험 전에 안전 담당자와 상담하시기 바랍니다. 모든 전기 연결은 실험 전에 확보되어야한다. 앰프의 전원을 끄고 분리 PZT 가능하면 연결됩니다. <ol><li> PZT는 전압 증폭기를 접속하고, 전압 증폭기의 입력 포트에 함수 발생기를 연결한다. </li><li> 함수 발생기 켜고 모든 연결이 확인되고 고정 될 때까지 상기 전압 신호를 발생하지 않도록 한 V.의 출력 전압에 연속 사각 파를 생성하도록 구성. </li><li> 전압 앰프를 켜고 출력을 가능하게함으로써 출력 전압 1 V의 구형파를 생성합니다. </li><li> 오실로스코프로 증폭기의 모니터 출력 단자 (출력 전압 200 V)을 연결한다. 을 돌려 200 V / V의 이득을 위해 앰프를 구성전면 패널에 손잡이를 얻을 수 있습니다. 오실로스코프에 의해 측정 모니터링 출력 전압이 1 V의 진폭이 있는지 확인합니다. </li><li> 함수 발생기 및 증폭기가 구성되면, 실시간 비디오 현미경 이미지 입자를 부착하는 동안 구동 신호의 변조 주파수를 스캔하여 PZT 발사기의 공진 주파수를 찾고 있습니다. 미립자의 움직임이 최대가 될 때까지 검사를 반복합니다. 입자를 방출이 주파수 (여기에 64 kHz에서)를 사용합니다. 주 : 변조 주파수 수동 공진 주파수를 찾기 위해 150 kHz로 0에서 (스캔) 변경된다. </li><li> 버스트 모드에서 지정된 사이클 수와 구형파를 생성하는 함수 발생기를 구성. 전면 패널의 &quot;버스트&quot;버튼을 누르고 &quot;N 사이클 버스트&quot;를 선택합니다. </li><li> &quot;# 사이클&quot;소프트 키를 눌러 버스트 카운트를 선택하고 10 또는 20 수를 설정합니다. </li><li> 가진 전압 신호를 생성하는 방형 파를 구성600 V의 진폭 이전 단계에서 발견 64 kHz에서의 공진 주파수 (세 번 연속 여기에 사용되는 전압). 펄싱 신호가 입자가 각 펄스 후 이동 보장함으로써 반복적 인 방식으로 대상 입자를 방출하는지 확인합니다. </li></ol></li><li> 선택적 광 트랩로드 참고 : PZT 런처 어셈블리가 수동 선형 변환 XY 스테이지에 설치됩니다. 입자는 병진 스테이지를 이동하여 상기 고정 빔의 초점에 대해 변환 될 수있다. <ol><li> 현미경 터릿 (도 3a)를 회전시킴으로써 포착 빔의 포커스를 식별 레이저 라인 필터를 제거한다. 초점을 최적화하기 위해 눈에 보이는 이미지의 최적의 초점 주위에 수직으로 앞뒤로 전동 초점을 맞추고 블록을 이동합니다. </li><li> 포커스 위치가 확인되면, 트래핑 빔 간섭없이 선명한 실시간 비디오를 제공하는 백 필터를 넣어. </li><li> 페이지에 샘플을 번역트래핑 레이저의 초점 위치에서, 선택된 입자 레이스. 이미지 입자의 입자 위의 부상 위치를 남겨 두면서 약 절반 반경 입자 중심 아래 공칭 트래핑 위치에 배치 선택된 입자의 중심을 초점. </li><li> 광 트 랩핑 능력을 설정할 수있는 전기 - 광학 변조기 (EOM) 드라이버에 연결된 전원 공급을 조절한다. 최적 전력은 입자 사이즈 및 재질에 의존한다. 광 파워 빔으로부터 토출 않고 입자를 공중에 뜨게하기에 충분한 파워를 결정하기 위해 반복 된 실험을 통해 밝혀졌다. 여기서, 직경 20 ㎛의 폴리스티렌 (PS) 입자 트랩 대물의 후면 초점면에서 140 mW의 전력의 광을 사용한다. </li><li> 선택된 입자의 중심이 정렬 된 후, 여러 펄스 압전 실행기를 작동. 이동 흐린 이미지 정적 집중 화상으로부터 입자 화상의 변화가 레프 성공적인 로딩을 나타낸다itation 위치입니다. </li><li> 가능한 표면 상호 작용을 방지하기 위해 최대 대물 렌즈를 이동하여 기판 위의 mm에 대해 수직으로 부상 입자를 번역합니다. 그리고 더 안정되는 공칭 트래핑 위치 (도 3c)로 부상 입자 (그림 3b)를 전환 할 수있는 광 전력을 줄일 수 있습니다. 주 : 트래핑 레이저의 광 파워는 전기 광학 변조기 (EOM)으로 변조 할 수있다. EOM 디지털 전원 공급 장치를 통해 공급되는 바이어스 전압과 출력 전력을 조절한다. 하나 천천히 광 전력을 절감하면서 CCD를 통해 위치를 포착하여 부상의 전환을 관찰 할 수있다. </li><li> 위치 측정 (샘플 케이스의 중간에 상기 9mm를 입자 번역 차원에도 3c에 도시 된 바와 같이,주의 깊게 광축에 PZT 홀더의 중심으로 이동하고 (수직), 대물 렌즈의 최대 이동 SUBSTR프린지 전계가 최소화된다) 먹었다. </li><li> 후술하는 바와 같이 측정을 수행 한 결과, 입자가 기판에 접촉 될 때까지 대물을 이동하여 기판상의 입자를 배치했다. 입자의 가장 코너 근처에 적용되기 때문에, 포획 된 입자를 용이하게 인식 할 수 있고 재 포획는 중앙 영역에 배치 될 때. 이는 입자와 기판의 접촉 상호 작용과 같은 단일 트래핑 이벤트를 넘어 발생하는 변화를 측정하는 가역적 트랩 로딩을 할 수 있습니다. </li></ol></li></ol> 3. 데이터 수집 <ol><li> 콘덴서와 트랩의 입자로 QPD &quot;SUM&quot;신호를 최대화하기 위해 초점 렌즈를 맞 춥니 다. </li><li> 도 4c에 도시 된 바와 같이, QPD의 X 및 Y 채널 명목상 0으로 포커싱 렌즈를 맞추. </li><li> 콘덴서의 조정, 푸리에 변환 된 신호의 위치까지 포커스 렌즈 (또는 전력 스펙트럼 밀도를 반복<html> 는 X의 (PSD) 플롯) 및 Y 채널 밸런스 감도를 표시하는 중첩. 도 4b에 도시 된 바와 같이 적절하게 정렬 QPD 신호 (X 및 Y)은 거의 동일한 거동을 나타낸다. </li><li> QPD 정렬이 확인되면, 두 ITO 플레이트에 전압 증폭기를 연결한다. 스텝 여기 신호와 동 기적으로 유도 된 입자 궤도를 기록 DAQ 시스템 증폭기의 전압 모니터링 출력 신호를 연결한다. </li><li> 약 500 나노 미터 (도 4E)에 의해 광축을 횡단하여 입자를 이동시키는 전기장 (도 4D)를 생성하기 위해 400 V의 지속적인 구형파를 공급한다. QPD를 사용하여 포획 입자의 스텝 응답을 측정한다. </li><li> 필요에 따라 복수의 평균 기간은 브라운 운동의 효과를 감소시킨다. 유도 운동 열적 변동보다 동작의 더 넓은 범위에서 광학 힘을 측정 할 수있다. 12 일EF &quot;&gt; 17도 4D 및 4E 쇼인가 전압 단계 여기의 50 반복을 통해 유도 된 입자 궤도의 신호를 평균. </li></ol>

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</ol>

저자는 경쟁적인 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

압전 실행기는 선택된 PZT의 동적 성능을 최적화하도록 설계된다. PZT 재료 및 초음파 진동의 관리의 적절한 선택은 성공적인 실험을 생성하는 주요 단계입니다. PZTs는 다른 특성 변환기의 종류에 따라 (벌크 또는 적층) 및 성분 재료 (하드 또는 소프트)를 갖는다. 하드 압전 재료로 이루어지는 벌크 타입 PZT 이유는 다음과 선택된다. 첫째, 하드 압전 물질은 낮은 유전 손실과 부드러운 소재보다 더 높은 기계적 품질 계수가 있습니다. 둘째, 일괄 형 PZT 낮은 전기 부하를 나타내며, 적층 타입의 변환기보다 높은 주파수에서 구동하기 쉽다. 동적 동작에서 높은 진폭 진동 기계 고장의 원인이 언로드 PZT 세라믹에 인장 힘을 일으킬 수 있습니다. 기계적 예압 구조는 백래시를 감소 및 PZT의 동적 성능을 향상시키기 위해 일정 하중을 제공하기 위해 사용된다. 충족allic 링 스페이서는 PZT 홀더 링 타입 PZT 사이에 삽입된다. 이 금속 링 스페이서는 초음파 전력을 집중하고 링 주위를 균등하게 분배합니다 (쉽게 커버 슬립을 ...

Ashkin 물리학 및 생물 물리학의 기초 연구를위한 기본 도구로 광학 트래핑 기술의 개발을 추진 1970 년 1 그의 소설 업적의 가속 및 방사선 압력에 의해 미세 입자의 포획을보고했다. 현재까지, 2, 3, 4, 5는 광학 포착의인가 액체 환경에 주로 초점을 맞추고 있으며, 단일 생체 분자의 기계적 특성에 콜로이드의 동작에서, 시스템은 매우 넓은 범위를 연구하기 위해 사용되었다. 6, 7, 가스 매체 광학 트래핑 8 응용 프로그램은, 그러나, 몇 가지 새로운 기술 문제를 해결해야합니다. 최근, 공기 / 진공 광학 트래핑은 점점 기초 연구에 적용되었습니다. 광학 레위 이후테이션은 잠재적으로 광학적으로 부상 입자가 작은 물체에 4 측정 고주파 중력파 9 양자 바닥 상태를 공부하고 분수 전하를 검색하기위한 이상적인 실험실이되고, 주변 환경에서 시스템의 거의 완성 절연을 제공합니다. (10)은 또한 공기 / 진공의 저점이 하나가 브라운 입자 (11)의 순간 속도를 측정하는 관성을 사용하고 선형 스프링 형상 정권 이후 넓은 동작 범위 탄도 운동을 생성 할 수있다. 12 따라서, 자세한 기술 정보 및 가스 매체에 광 트랩에 대한 사례는 광범위한 연구 커뮤니티에 더 가치가있다. 새로운 실험 기술은 가스 매체 광학 함정에 나노 / 마이크로 입자를로드해야합니다. 압전 트랜스 듀서 (PZT), ELECTR 변환하는 장치메카 탄성 에너지로 IC 에너지 광 부상의 제 데모 때문에 공기 / 진공 5 12 광 트랩으로 작은 입자를 제공하기 위해 사용되어왔다. 한 이후 여러 로딩 기술은 상업적 분무기 (13) 또는 파 발생기에 의해 발생 된 휘발성 에어로졸을 사용하여 더 작은 입자를로드하기 위해 제안되었다. (14) 고체 함유 물 (입자)와 부동 에어로졸은 무작위로 초점 근처에 전달하고 우연히 갇혀있다. 에어로졸가 트랩되면, 용매 밖으로 증발 입자 광 트랩에 남아있다. 그러나 이러한 방법은 물론, 샘플 내에서 원하는 입자를 식별 선택된 입자를로드하고 트랩 해제하는 경우 그 변경 사항을 추적하는 데 적합하지 않습니다. 이 프로토콜은 실험을 포함한 공기 선택적 광 트랩 로딩에 새로운 실무자에 대한 세부 정보를 제공하기위한 것입니다알 설정 두 주파수 및 시간 영역에서의 입자 운동의 분석과 관련된 PZT 홀더 샘플 격납 트랩 로딩 및 데이터 수집의 제조. 액체 매체에 포집 프로토콜도 발표되었다. 15 16 전체 실험 장치는 상업용 거꾸로 광학 현미경에 개발되고있다. 상기 집속 광을 선택한 입자 리프팅 휴지 미립자 해방의 움직임을 측정하고, 또, 기판 상으로 배치도 1은 선택적 광 트랩 로딩 단계를 입증하는 데 사용되는 셋업의 개략도를 도시한다. 먼저, 병진 스테이지 (가로 및 세로)의 대물 렌즈에 의해 집광 트래핑 레이저 (파장 1064 ㎚)의 초점을 기판상의 선택된 미립자를 가지고 사용된다 (근적외선 보정 긴 작동 거리 목표 : NA 0.4 배율 20 배, 작업 D투명 기판 내지 20mm)을 istance. 그리고, 압전 실행기 (기계적으로 사전로드 링형 PZT)의 미립자와 기판 사이의 접착 성을 파괴하는 초음파 진동을 발생시킨다. 따라서, 임의의 해방 입자는 상기 선택된 입자에 집중 단일 빔 구배 레이저 트랩에 의해 해제 될 수있다. 입자가 트랩되면, 정전 여기 두 개의 평행 한 도체 판을 포함하는 샘플 격납 중심으로 변환된다. 마지막으로, 데이터 획득 (DAQ) 시스템은 동시에 사분면 셀 검출기 (QPD)에 의해 포획 된 입자 움직임 및인가 전계를 기록한다. 측정을 마친 후,이 입자에 제어 가능하게는 가역적 방식으로 다시 포획 할 수 있도록 기판 상에 배치된다. 이 전체 프로세스는 몇 포착주기 동안 발생하는 이러한 접촉 대전 등의 변화를 측정하는 입자 손실없이 수백 번 반복 될 수있다. 우리의 최근 기사 f를 참조하십시오또는 세부 사항. (12)

<table><tbody><tr><td>스카치블루 페인터스 테이프 오리지널</td><td>3M</td><td>3M2090</td><td></td></tr><tr><td>스카치 810 매직 테이프</td><td>3M</td><td>3M810</td><td></td></tr><tr><td>기능/임의 파형 발생기</td><td>애질런트</td><td>HP33250A</td><td></td></tr><tr><td>전원 공급 장치/디지털 전압 공급 업체</td><td>애질런트</td><td>E3634A</td><td></td></tr><tr><td>링형 압전 변환기</td><td>미국 피에조 회사</td><td>item91</td><td></td></tr><tr><td>전기 광학 변조기</td><td>Con-Optics</td><td>350&마이너스; </td> 전기 광학 변조기 용 80-LA <td></td></tr><tr><td>증폭기</td><td>Con-Optics</td><td>302RM</td><td></td></tr><tr><td>Mitutoyo NIR 인피니티 교정 대물</td>렌즈 <td>Edmund optics</td><td>46-404</td><td>Mitutoyo에서 제조 및 Edmund 광학 유통</td></tr><tr><td>록타이트 슈퍼 글루 롱넥 병</td><td>록타이트</td><td>230992</td><td></td></tr><tr><td>3D 프린터</td><td>MakerBot</td><td>Replicator 2</td><td></td></tr><tr><td>폴리락틱 산 (PLA) 필라멘트</td><td>MakerBot</td><td>True Red PLA 소형 스풀</td><td></td></tr><tr><td>데이터 수집 시스템</td><td>National Instruments</td><td>780114-01</td><td></td></tr><tr><td>사분면 셀 광 검출기</td><td>Newport</td><td>2031</td><td></td></tr><tr><td>평행 이동 단계</td><td>Newport</td><td>562-XYZ</td><td></td></tr><tr><td>도립 광학 현미경</td><td>Nikon Instruments</td><td>EclipsTE2000</td><td></td></tr><tr><td>형광 필터 (녹색)</td> <td>니콘 악기</td><td>G-2B</td><td></td></tr><tr><td>Flea3 / CCD 카메라</td><td>포인트 그레이</td><td>FL3-U3-13S2M-CS</td><td>트래핑 레이저</td></tr><tr><td>다이오드 펌핑 네오디뮴 이트륨 바나 데이트 (Nd : YVO4)</td> <td>스펙트럼 물리학</td><td>J20I-8S-12K / BL-106C</td><td></td></tr><tr><td>인듐 주석 산화물 (ITO) 코팅 커버 슬립</td><td>SPI 공급</td><td>06463B-AB</td><td>폴리스티렌 미세 입자</td></tr><tr><td>빠른 건조 실버 페인트</td><td>Tedpella</td><td>16040-30</td><td></td></tr><tr><td>Dri-Cal 크기 표준</td><td>Thermo Scientific</td><td>DC-20</td><td></td></tr><tr><td>광섬유</td><td>Thorlabs</td><td>P1&마이너스; 1064PM-FC-5</td><td>바닥판</td></tr><tr><td>알루미늄 플레이트&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>CP4S</td><td></td></tr><tr><td>고전압 전력 증폭기</td><td>TREK</td><td>PZD700A M/S</td><td></td></tr></tbody></table>

공기에서 유전체 미세 입자의 광학 트랩로드

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

우리는 단일 빔 구배 광학 트랩의 복사 압력을 사용하여 선택된 유전체 미세 입자를 공기 중에 가두는 방법을 보여줍니다. 유리 기판에 부착된 무작위로 산란된 유전체 미세입자는 압전 변환기(PZT)에 의해 생성된 초음파 진동을 사용하여 순간적으로 분리됩니다. 그런 다음, 선택된 입자에 초점을 맞춘 광학 빔은 이를 광학 트랩까지 들어 올리고 진동으로 여기된 미세 입자는 기판으로 다시 떨어집니다. 입자는 트래핑 빔의 공칭 초점 또는 초점보다 높은 위치(여기서는 부상 위치라고 함)에 갇힐 수 있으며, 여기서 중력은 복원력을 제공합니다. 측정 후, 포획된 입자는 제어된 방식으로 기판의 원하는 위치에 배치될 수 있습니다. 
이 프로토콜에서는 공기 중 선택적 광학 트랩 로딩에 대한 실험 절차가 설명되어 있습니다. 먼저 실험 설정을 간략하게 소개합니다. 둘째, PZT 홀더와 샘플 인클로저의 설계 및 제작이 자세히 설명되어 있습니다. 그런 다음 선택한 미립자의 광학 트랩 로딩은 시료 준비, 트랩으로의 발사, 트랩에서 입자 움직임을 여기하고 전하를 측정하기 위한 정전기력 사용을 포함한 단계별 지침을 통해 시연됩니다. 마지막으로, 우리는 브라운 입자의 기록된 입자 궤적과 공기 중에 갇힌 미립자의 탄도 운동을 제시합니다. 이러한 궤적은 강성을 측정하거나 시간 영역 및 주파수 영역 분석을 통해 광학 정렬을 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 선택적 트랩 로딩을 통해 광학 핀셋은 가역적인 방식으로 반복되는 트랩 로딩에 대한 입자와 그 변화를 추적할 수 있으므로 입자-표면 상호 작용에 대한 연구를 수행할 수 있습니다.

PZT 실행기는 CAD 소프트웨어 패키지를 이용하여 설계된다. 도 2 PZT 홀더 샘플 격납 재료와 다양한 방법으로 제조 할 수에 도시 된 바와 같이, 여기에서는, 프리 로딩 (a PZT 두 플레이트 고정)하기위한 간단한 샌드위치 구조를 사용한다. 그림 2D에 도시 된 바와 같이 빠른 시연을 위해, 우리는 열가소성와 3D 인쇄를 선택합니다. 제조 된 구성 요소에 기초하여, 광 트랩로드는도 3에 도시되어있다. 교정 된 CCD 카메라는 정량적 용이도 1에 도시 된 바와 같이 선택적으로 로딩하기위한, 반사 포착 레이저는 가시광 반사 이미징을위한 필터를 통과하면서 CCD 카메라를 보호하기 위해 현미경 터릿에 설치된 필터에 의해 실험 동안 차단 입경 추가 위치 검출 측정이 가능하여 측정. 타겟의 직경입자는 후술하는 바와 같이, 고유 주파수에서 트랩 강성을 산...

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

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

이 비디오 프로토콜의 목표는 압전 발사기가 어떻게 구성되고 사용되어 입자 접착을 극복하고 기판에서 입자 방출을 용이하게 하여 공기 중에서 미세 입자 부상을 달성하는 방법을 보여주는 것입니다. 표면에서 발사하는 것의 장점은 입자가 크기, 모양, 광학적 특성 또는 방향에 따라 선택될 수 있다는 것입니다. 이 마지막은 비대칭 입자를 트랩하는 데 유용할 수 있습니다.입자의 반복적인 포획 및 착륙은 입자의 반복적인 상호 작용 중 하전 전달과 같은 표면 화학의 질문을 연구하기 위한 새로운 도구를 제공할 수 있습니다. 입자를 표면으로 되돌려 놓으면 주사 전자 현미경과 같은 다른 방법으로 동일한 입자를 후속 측정할 수 있으며 포획 및 착륙을 반복할 수도 있습니다. 먼저, 압전 트랜스듀서용 홀더에 있는 직사각형 프레임을 3D 프린팅합니다.프레임의 좁은 면에는 인듐 주석 코팅 유리를 끼우고, 넓은 면과 상단에는 기존 유리를 끼워 투명한 시료 인클로저를 구성합니다. 다음으로, 20마이크로미터 직경의 유전체 미세 입자의 작은 부분을 유리 슬라이드에 붓습니다. 즉시 용기를 데시케이터에 반환합니다.유리 모세관 튜브를 사용하여 슬라이드에서 미세 입자 중 일부를 집어 올립니다. 모세관 튜브를 부드럽게 두드려 커버 슬립에 입자를 뿌립니다. 현미경을 사용하여 기판에 분산된 미세 입자의 양과 분포를 확인합니다.다음으로, 알루미늄 판에 절연 필름을 적용하여 피에조 런처 조립을 시작하십시오. 플레이트의 중앙에 링 타입 압전 변환기를 배치하여 절연 필름에 의해 플레이트에서 분리되도록 합니다. 트랜스듀서에 미세 입자 분산 커버 슬립을 놓고 구리 링을 3D 프린팅 홀더에 끼웁니다.3D 프린팅 홀더와 두 개의 M6 나사로 트랜스듀서를 플레이트의 제자리에 고정합니다. 순간 접착제로 샘플 인클로저를 홀더에 가볍게 붙입니다. 완성된 발사기 어셈블리를 도립 광학 현미경의 XYZ 변환 스테이지에 장착합니다.압전 트랜스듀서 리드를 전압 증폭기에 연결하고 증폭기를 함수 발생기에 연결하여 모든 연결이 안전하고 적절하게 접지되었는지 확인합니다. 연결 amp변환기 구동 전압 신호를 모니터링하기 위해 오실로스코프에 liifier 모니터링 출력 포트를 연결합니다. 0에서 1볼트의 연속 구형파를 증폭기로 보내도록 함수 발생기를 구성합니다.설정 ampliifier 게인을 볼트당 200볼트로 설정합니다. 마이크로 입자를 실시간으로 이미지화하도록 현미경을 설정합니다. 그런 다음 미세 입자의 움직임을 모니터링하면서 0에서 150kHz까지 구동 신호의 변조 주파수를 수동으로 스캔합니다.압전 어셈블리는 트랜스듀서에 기계적 예압을 적용하여 공진 진폭을 증폭하고 고장을 줄이도록 설계되었습니다. 주파수는 표면의 입자를 모니터링하여 변환기의 공진 주파수를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 입자가 부착되지 않은 상태에서 미세 입자 운동이 최대화되는 주파수는 발사기 공진 주파수입니다.더 낮은 전압에서 필요에 따라 스캔을 반복하여 공진 주파수를 정확하게 결정합니다. 600V 진폭의 공진 주파수에서 전압 신호를 생성하도록 파형을 설정합니다. 버스트 모드에서 10 - 20 사이클의 구형파에 대해 함수 생성기를 구성합니다.각 펄스 후에 입자가 방출되는지 확인하십시오. 입자가 방출되지 않으면 진폭 또는 사이클 수를 늘리십시오. 현미경에서 레이저 라이닝 필터를 제거하여 CCD에서 트래핑 빔의 초점을 찾습니다.전동 초점 블록의 수직 위치를 조정하여 초점을 최적화합니다. 필터를 교체하고 선택한 입자가 트래핑 레이저 초점 위치에 있도록 샘플을 이동합니다. 입자에 초점을 맞춰 입자 중심을 이미지화합니다.여러 전압 펄스로 압전 발사기를 작동시켜 입자를 발사하고 필요에 따라 전기 물체 변조기의 전원 공급을 조정합니다. 입자가 약간 흐려지고 브라운 운동이 시작되면 트랩이 발생한 것입니다. 트래핑 빔의 초점은 성공적인 트랩 로딩을 위해 매우 중요합니다.핀 초점을 샘플 평면 몇 미크론 아래에 배치하면 트래핑 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다. 입자가 약간만 움직이고 기판에 초점이 유지되면 포획 력이 증가합니다. 입자가 표면의 새로운 위치로 날아가면 전력을 줄이십시오.입자가 성공적으로 로드되면 대물 렌즈를 위로 움직여 유리 커버 슬립 위로 약 1mm 위의 부상 입자를 이동하여 표면 상호 작용을 방지합니다. 그런 다음 광학 출력을 줄여 부상 입자를 보다 안정적인 공칭 포획 위치로 이동시킵니다. 트랜스듀서 홀더가 광축의 중앙에 오도록 런처를 이동합니다.대물 렌즈를 움직여 입자를 샘플 인클로저로 수직으로 더 높이 이동합니다. 측정을 시작하려면 X 및 Y 채널의 파워 스펙트럼 밀도 플롯이 잘 일치할 때까지 콘덴서와 초점 렌즈를 조정합니다. 그런 다음 높은 볼륨을 연결합니다.tage 소스를 샘플 인클로저에 연결합니다.트랩 특성과 입자 전하를 측정하려면 정전기장을 적용하여 입자의 탄도 운동을 생성합니다. 유도된 입자 궤적에서 계단 여기 신호를 기록합니다. 브라운 운동의 영향을 줄이기 위해 필요에 따라 여러 기간에 걸쳐 데이터의 평균을 구합니다.측정을 수행한 후 대물 렌즈를 아래로 움직여 입자를 유리 커버 슬립의 중앙에 배치하여 다른 입자와 분리되도록 합니다. 압전 발사 장치 어셈블리는 공기 흐름으로부터 부상 입자를 보호하기 위한 투명 인클로저와 기판을 진동시켜 입자를 방출하는 압전 변환기로 구성됩니다. 인클로저 바닥이 열려 있어 기판을 트랜스듀서에 직접 배치할 수 있습니다.미세 입자는 초점 위의 부상 위치 또는 광학 힘이 모든 방향으로 입자를 안정화하는 초점 근처의 포획 위치에 갇힐 수 있습니다. 부상 위치에서 중력은 상향 복사 압력에 대응하므로 광력은 입자를 가로로만 안정화시킵니다. 브라운 운동과 같은 작은 변위의 경우 광학적 힘은 선형 스프링으로 처리될 수 있습니다.공진 주파수는 전력 스펙트럼 밀도 플롯에서 결정할 수 있습니다. 그런 다음 선형 영역에서 트랩의 강성과 광력은 공진 주파수, 알려진 질량 및 측정된 변위에서 계산할 수 있습니다. 더 넓은 범위의 변위에 대한 힘은 적용된 전기장에서 유도 된 탄도 운동에서 결정될 수 있습니다.과도 응답 방법에 의한 탄도 변위를 분석하면 공진 주파수, 댐핑 및 정상 상태 변위를 얻을 수 있습니다. 비선형 힘은 파라메트릭 힘 방법으로 결정할 수 있습니다. 미세 입자를 부상시키는 이 접근 방식을 사용하면 크기, 모양 또는 재료 특성에 대해 선택된 입자를 사용하여 정밀한 측정이 가능하며 동일한 입자에 대한 후속 측정도 가능합니다.이 방법을 사용하면 입자를 발사하고 착륙시키는 작업을 수백 사이클에 걸쳐 반복할 수 있습니다. 이를 통해 또한 단일 전자 감도를 사용한 접촉 전기화와 같은 입자 표면 상호 작용에 대한 민감한 연구를 수행할 수 있습니다.

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연구

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이 문서에서는, 우리는 유체 흐름에 따라 입자의 구속을위한 microfluidic 기반의 방법을 제시한다. 우리는이를 통합 microdevice에 임의의 입자의 감금 및 미세 조작을 가능하게, 피드백 제어 메커니즘을 사용하여 유체의 정체 지점에 안정적인 입자 트래핑을 보여줍니다.

단일 입자 Microfluidic 기반 유체 트랩

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

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

나노 입자의 광학 트래핑

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

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

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Real-Time Force Measurement Between Emulsion Droplets During Enzymatic Breakdown

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

리튬 이온 배터리의 동전 전지를 구성하고 테스트하는 프로토콜이 설명되어 있습니다. , 작업 전극을 만드는 카운터 전극을 준비, 글러브 박스 안에 셀을 조립하고 세포를 테스트의 구체적인 절차가 제공됩니다.

건설과 리튬 이온 배터리의 동전 전지의 테스트

프로토콜은 아연 / 공기 전지 개발 이전 기술을 사용하여 여러 전자 금속 / 공기 배터리 시스템을 연구하기 위해 제공됩니다. 전기 테스트 후 성능을 평가하기 위해 제작 된 배터리에서 수행됩니다.

VB의 제작<sub&gt; 2</sub전기 테스트를위한&gt; / 공기 전지

수평 및 수직 특히 전기 액체 브리지는 강도 높은 전기장의 극성 유전체 액체의 상호 작용을 탐구하기위한 간단하고 강력한 도구입니다. 기본 장치와 (예를 들면, 물, DMSO, 및 글리세롤)이 제시된다 세 액체 열 감지 이미지를 포함한 동작의 예들의 구조.

폴라 유전체 액체에서 특히 전기 교량의 준비

배우세요 공기 중 유전체 미세 입자를 광학 트랩으로 포획하는 압전식 런처 구축 방법을. 표면 화학 연구를 위해 입자 크기와 형태를 선택하여 반복 측정이 가능합니다.

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