Name: 모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-04T11:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 13 s
Description: 배우세요 플라즈몬 트랩을 이용한 나노 입자의 2차원 모니터링 및 최대 트래핑 힘 정량화 방법을. 이 기술은 면역 분석 및 약물 전달 연구에 활용됩니다.

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이 연구는 ICT의 R &amp; MSIP / IITP (R0190-15-2040, 컨텐츠 구성 관리 시스템의 개발 및 3D 인쇄 시뮬레이터 스마트 재료를 사용)의 D 프로그램에 의해 지원되었다.

주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 규정을 참조하십시오. 마이크로 칩 제조에 사용되는 화학 물질 중 일부는 급성 독성 및 발암 성. 공학적 관리 (흄 후드, 핫 플레이트, 및 정렬) 및 개인 보호 장비 (안전 안경, 장갑, 실험실 코트, 전체 길이 바지, 및 폐쇄의 사용을 포함, 포토 리소그래피 및 에칭 공정을 수행 할 때 모든 적절한 안전 방법을 사용하십시오 -toe 신발). PDMS의 마이크로 채널의 1. 제작 <ol><li> 포토 리소 공정에 의한 마이크로 몰드의 제조 <ol><li> 완전히 피라 세정 (도 1a)와 4 인치 Si 웨이퍼의 표면 상에 이물질을 제거한다. 접시에 피라냐 용액을 1 : 3의 비율로 황산 (H 2 SO 4), 과산화수소 (H 2 O 2)를 혼합한다. 서서히 강산 소량 첨가 (H 2 O 섞어 <suB&gt; 2) 약산 (H 2 SO 4)하는 단계; 이 순서를 반대로 이유로 인해 반응성이 강한 산의 폭발의 원인이 될 수 있습니다. </li><li> 10 분 동안 피라냐 용액에서 웨이퍼를 담근다. 이어서, 나머지 피라냐 용액을 제거하기 위해 3 분 동안 탈 이온화 (DI) 물에 웨이퍼를 몰입. 10 초 동안 DI 물 흐르는 웨이퍼 린스. 나머지 DI를 제거하는 N 2 가스로 세척 과정을 3 회와 건조를 반복합니다. </li><li> 상기 웨이퍼를 탈수 180 ℃에서 20 분 동안 핫 플레이트 상에 웨이퍼를 배치했다. </li><li> 1,500 RPM (도 1B)에서 45 초 동안 웨이퍼를 스핀 코트 위에 네가티브 포토 레지스트 5 ㎖를 붓고; 스핀 코팅 한 후, 포토 레지스트 비드 때문에 포토 레지스트의 상대적으로 높은 점도의 웨이퍼 에지에서 생성된다. </li><li> 5 시간 동안 수평 스탠드 평탄화, 포토 레지스트 - 코팅 된 웨이퍼 균형. </li><li> 65에서 12 분 동안 핫 플레이트에서 레지스트 코팅 된 웨이퍼를 놓고° C, 95 ° C에서 35 분, 65 ° C (소프트 베이킹)에 12 분. </li><li> 마스크 홀더와 노광 장치의 기판 스테이지에 소프트 베이크 웨이퍼상의 막에 마스크를 고정한다. 상기 포토 레지스트를 650 mJ의 고화 / ㎠에서 43 초 동안 자외선 (UV) 광에 노출시킨다. </li><li> 65 ° C, 95 ° C에서 15 분, 65 ° C (노광 후 베이킹)에서 5 분에서 5 분 동안 핫 플레이트에 웨이퍼를 배치. </li><li> 고화되지 않은 포토 레지스트를 제거하기 위해 30 분 동안 포토 레지스트 현상액에 웨이퍼를 담근다. </li><li> 나머지 IPA를 제거하기 위해 이소 프로필 알콜 (IPA) 및 N 2 가스로 건조와 웨이퍼를 헹군다. </li></ol></li><li> PDMS의 마이크로 채널의 제조 <ol><li> 웨이퍼 및 대기압 플라즈마 시스템 (25)을 사용하여 W (200)의 전력에서 1 분 동안의 포토 레지스트 몰드의 표면을 처리; CH 4 가스 흐름 및 그 각각 6 및 30 sccm으로해야한다. 쉽게 polyd를 분리하는 소수성 처리를 수행웨이퍼 및 포토 리지 스트 몰드 (도 1C)의 표면으로부터 imethylsiloxane (PDMS) 마이크로. </li><li> PDMS의베이스 (10)의 혼합 비율 경화제하여 PDMS 용액을 제조 하였다 : 1. 2 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 페트리 접시 안에 웨이퍼 (150mm X 15mm)을 놓고 PDMS 용액 100 ㎖를 추가한다. 데시 케이 터를 사용하여 교반로부터 생성 된 기포를 제거한다. </li><li> PDMS의 용액 (도 1D 및 H)를 고화 80 ° C에서 2 시간 동안 오븐에서 페트리 접시를 배치했다. </li><li> 면도날과 PDMS 마이크로 채널의 윤곽을 따라 절단 한 웨이퍼에서 분리; 13mm 길이 300 ㎛ 폭, 150 ㎛의 높이 (도 1E, F, 및 I) : 제조 된 PDMS 마이크로 채널은 다음의 치수를 가져야한다. 주 : 정공 두 종류의 단일 모드 광섬유 (SMF) 케이블 및 튜브를 삽입 할 micropuncture 의해 생성되는 (a 유입구PDMS의 마이크로 채널 (도 1g에 ND 출구)). 모드 광섬유 케이블은 금 접시에 나노 홀 가공에 레이저 빔을 방출하기 위해 사용된다. 관을 삽입 / PDMS 마이크로 채널 행 / 입자 용액을 추출하기 위해 사용된다. </li><li> PDMS의 마이크로 채널의 양쪽 끝 부분에 1.5 mm의 입구 및 출구 구멍을 천공. PDMS의 마이크로 채널의 중심에서 0.3 mm SMF 케이블 구멍 천공. </li></ol></li></ol> 골드 플레이트 2 에칭 프로세스 <ol><li> 25 X 6.25 mm (2) (도 2a)의 치수 시판 금 판을 준비한다. </li><li> 다음 청소 절차와 골드 플레이트에 이물질을 제거합니다. 5 분마다 아세톤, 메탄올, 및 DI 물에 담근 다음 순서 면도. </li><li> 10 초 동안 금 판을 탈 이온수로 3 회 세척하여 잔류 DI 물을 제거하기 위해 N 2 가스에 의해 상기 플레이트를 건조. </li><li> 대한 핫 플레이트에 골드 플레이트를 놓습니다180 ° C에서 20 분간 완전히 남아있는 수분을 제거한다. </li><li> 3,000 rpm에서 40 초 동안 금 접시에 스핀 코트에 헥사 메틸 디 실라 잔 (HMDS) 0.5ml를 붓는다. </li><li> 3,000 rpm에서 40 초간 스핀 코팅 위에 HMDS 스핀 코트에 포지티브 레지스트를 0.5 mL로 붓는다 (도 2B). </li><li> 110 ° C (소프트 베이킹)에 90 초 동안 핫 플레이트에서 레지스트 코팅 된 금 판을 놓는다. </li><li> 유리 웨이퍼상의 막에 마스크를 고정하고, 기판 스테이지에 소프트 베이크 금 판을 놓는다. 포토 레지스트 (64)를 용해 엠제이 / ㎠로 4.5 초간 UV 광에 노출시킨다. </li><li> 1 분은 용해 된 포토 레지스트 (도 2C)을 제거하는 포토 레지스트 현상액에 금판을 담근다. DI 물 금판을 씻어 N 2 가스로 건조. </li><li> 노출 금 (도 2D)를 제거하기 위해 28 Å / s의 에칭 속도로 45 초 동안 금 에칭액 금판을 담근다. DI의 물 공급과 골드 플레이트를 씻어R 및 N 2 가스로 건조. </li><li> 노출 티 (도 2E)를 제거하기 위해 25 Å / s의 에칭 속도에서 5 초 동안 및 Ti 부식액에 금판을 담근다. DI 물 금판을 씻어 N 2 가스로 건조. </li><li> 3 분마다 (도 2F), 아세톤, 메탄올, 및 DI 물에 침지하여 금 플레이트에 남아있는 포토 레지스트를 제거; 필기 순서 판을 담가. </li><li> 10 초 동안 골드 플레이트를 탈 이온수로 3 회 씻어. N 2 가스로 건조는 DI 물을 제거합니다. </li><li> 완전히 수분을 제거하고 120 ℃에서 3 분간 핫 플레이트에 금판 장소; 제조 된 금 블록은 400 × 150 ㎛의 2 (도 2H) 여야한다. </li><li> 밀 에칭 (도 2G 및 I) 이후에 제조 된 금 블록의 중앙에 집속 이온 빔 (FIB)을 사용하여 400 나노 나노 홀. 금 BL에 초점을 370 나노 미터 원형 패턴 만들기3 초 동안 28 펜실베니아 30 kV의 가속 전압과 이온 옥토퍼스. </li></ol> 마이크로 칩 3. 조립 <ol><li> 80 W의 전력 및 825 mTorr로 (25)의 압력에서 플라즈마 시스템과 함께 첨부하는 O 2 플라즈마로 1 분 동안 PDMS 마이크로 채널 플레이트와 금의 두 표면을 처리한다. 참고 : 금 블록과 PDMS 마이크로 채널은 마이크로 미터 수준에 있기 때문에 정밀 이러한 사항을 추가하는 특히 어렵다. 따라서, 카메라와 수동 단계가있는 정렬을 사용합니다. </li><li> 노광 장치 (도 3a)의 마스크 홀더에 마스크 필름을 부착하기 위해 사용되는 유리 웨이퍼를 고정. </li><li> 유리 웨이퍼에 대한 O 2 -plasma 처리 PDMS 마이크로 채널을 연결; PDMS의 친수성이기 때문에, 그것은 쉽게 접착 용액없이 유리 웨이퍼에 부착한다. 노광 장치 (도 3a)의 기판 스테이지에 금판 수정. </li><li> 일의 중심을 찾습니다노광 장치에서 카메라를 사용하여, 동일 축 상에 배열 된 전자 SMF 케이블 구멍 금 블록. 두 부분 (그림의 (b)와 c)를 결합하는 수동 단계를 들어 올립니다. </li></ol> PDMS 코팅에 의해 마이크로 칩 사이드 표면 조도 4. 개선 주 : 400 × 150 ㎛의 2 고정 치수를 금 플레이트는 PDMS 재료보다 잘라 상대적으로 더 어렵다. 따라서, 웨이퍼에서 PDMS 마이크로 채널을 분리, 면도날은 금판보다 큰 조각을 절단하는 데 사용된다. 채널의 내부를 현미경 (도 4a)를 사용하여 측면으로부터 관찰 될 수 있도록 두 개의 부분을 조합 한 후, 금 접시에 PDMS 상대적인 과량 부분은 그때 절단한다. 그러나, 윈도우로서 사용되는 절단면은, 높은 표면 거칠기를 가지며, 따라서 (도를 채널에 흐르는 입자의 흐린 이미지를 생성4B). PDMS의 솔루션을 코팅이 문제를 해결하기 위해 다시 수행된다. <ol><li> 10에서 에이전트를 PDMS 염기를 혼합하고, 경화하여 PDMS 용액을 제조 하였다 : 1의 비율로 2 분 동안 교반 하였다. </li><li> 페트리 접시에 PDMS 용액 2 mL를 부어 1,000 RPM (도 4c)에서 30 초간 스핀 코팅을 수행한다. </li><li> 페트리 접시 (그림 4D)에 현미경에 위치 할 것입니다 마이크로 칩의 표면을 놓습니다. PDMS의 용액을 고화 80 ° C에서 1 시간 동안 오븐에서 페트리 접시를 배치했다. </li><li> 마이크로 칩 및 면도날을 이용하여 PDMS의 테두리를 절단하고이어서이 페트리 접시에서 분리 (도 4E, F). </li></ol> 5. 레이저 커플 링 마이크로 칩에 SMF 케이블을 삽입 주 : 플라즈몬 집게 시스템 들어, 1,064 나노 미터 파장의 광 파이버에 입사 된 레이저가 사용된다. SMF 케이블은 INCI의 직경 때문에 사용오목 레이저 (5mm)는 마이크로 칩의 금 블록 (400 × 150 ㎛의 2)에 나노 홀 가공에 레이저 광을 방출하도록 너무 막대한 것이다. 모드 광섬유 케이블의 클래드 직경 125 μm의 것이다. 따라서, 입사 레이저와 SMF 케이블을 연결해야합니다. <ol><li> 현미경 목표에 40X 대물 렌즈는 SMF 커플러 마운트에 연결합니다. 모드 광섬유 커플러의 섬유 클램프에 SMF 케이블을 고정합니다. 대물 렌즈의 후방 구멍을 채우기 위해, 입사 레이저 광을 맞추고. </li><li> 모드 광섬유 커플러에 장착 된 3 축 수동 단계를 조정함으로써 SMF 케이블의 코어에 레이저 빔을 집중. </li><li> 마이크로 칩의 SMF 케이블 구멍에 SMF 케이블의 반대쪽을 삽입합니다. 마이크로 칩의 고정 화이버가 분리 될 수 없기 때문에, 광케이블의 가장자리에 삽입하기 전에, 레이저 파워를 측정한다. </li><li> 모드 광섬유 캡의 간극으로부터 흐르는 입자 용액의 누출을 차단하는 에폭시 접착제를 사용하는 SMF 케이블 구멍을 봉쇄제작 구멍 (300 μm의)와 SMF 케이블 (125 μm의)의 클래딩; 삽입 된 광섬유 케이블의 단부는 유체 흐름을 방지하기 위해 상기 마이크로 입력 안된다. 수동은 나노 홀을 호스팅 금 블록에 수직이되도록 시각적 피드백을 이용하여 광섬유 케이블 정렬. </li></ol> 마이크로 칩 6. 플라즈몬 트래핑 단일의 형광 폴리스티렌 입자 <ol><li> 마이크로 시린지로, 입자 용액으로 채워진 주사기를 첨부. 형광 현미경의 샘플 무대에 커버 유리를 놓습니다. 마이크로 칩의 유입 / 유출 구멍에 튜브를 연결한다. 커버 글라스 위에 PDMS 코팅 된 마이크로 칩의 표면에 놓는다. </li><li> 형광 현미경에 설치된 카메라 채널의 내부를 관찰함으로써 침수 60X 대물 렌즈에 직교하는 마이크로 칩을 배치. 장소에 마이크로 칩을 해결하기 위해 투명 테이프를 사용합니다. 주사기 네브라스카와 마이크로 칩의 입구 관 연결edle. </li><li> 20 μm의 / 초에서 마이크로 제어하여 마이크로 칩에 입자 용액을 삽입한다. 이 때, 형광 램프가 켜질 때 형광체 입자가 채널에서 잘 관찰 될 수 있음을 확인한다. </li><li> 입자 솔루션은 마이크로 칩의 콘센트에서 종료 될 때까지 기다립니다. 3.4 μm의 / s의 속도를 설정합니다. </li><li> 는 나노 홀에 레이저를 방출되도록 레이저 소스 장치를 켜십시오; 형광 입자는 나노 홀의 가장자리에 갇혀됩니다. </li><li> 포획 된 입자 탈출까지 마이크로 펌프를 제어함으로써, 0.4 ㎛의 / s의 단위의 유체 속도 램프. 포집 된 입자가 탈출 할 때 유체 속도를 측정합니다. 이 측정 유체 속도를 이용하여 각각의 레이저 강도에 대한 최대 포집 력을 구하는. </li></ol>

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</ol>

저자가 공개하는 게 없다.

도 6a의 사각형 도트에 도시 된 바와 같이, SMF 케이블, 마이크로 칩의 SMF 케이블 구멍에 삽입 하였다. 모드 광섬유 케이블 구멍이 케이블의 직경보다 크기 때문에, 에폭시 접착제가 흐르는 입자 용액의 누출을 차단하는 간극을 밀봉하기 위해 사용되었다. 에폭시 접착제의 적용 전에, 금 블록과 케이블 단부는 동축 현미경을 사용하여 손으로 정렬되어야한다. 이 동축으로 정렬되도록 삽입 된 케이블 단부 및 나노 홀 이상적이지만, 약간의 오정렬은 그것이 0.14 NA SMF 케이블 가장자리의 단부로부터 방출되면, 레이저 빔이 발산하기 때문에 허용하고, 빔이 매우 큰 영향을 될 수있는 부위. 마이크로 칩이 현미경의 광축에 수직하게 구성 이었으므로 직접 나노 홀의 위치를 ​​관찰 할 수 없었다. 나노 홀의 위치 간접적 나노 홀에 plasmonically 포획 입자의 위치를 ​​관찰함으로써 결정할 수있다. 에이해결책은 광섬유 케이블에 카메라를 설치하고 금을 모니터링 블록을 이용하여 제공 될 수있다. ...

마이크로 객체를 조작하는 능력은 다수의 마이크로 / 나노 실험 필수적인 기능이다. 직접 접촉 조작은 조작 된 개체가 손상 될 수 있습니다. 이전에 보유 개체를 해제하면 때문에 정지 마찰 문제의 도전이다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 1 유체, 전기 2, 3, 자기 또는 광 힘 4, 5, 6, 7을 사용하여 여러 간접 방법은 (8)이 제안되어있다. 광자의 힘을 사용 플라즈몬 핀셋는 입사 강도 9보다 큰 특별한 필드 강화 몇 배의 물리학을 기반으로합니다. 이것은 매우 강전 향상은 매우 작은 나노 입자를 포획 할 수있다. 예를 들면, 고정 및 나노 크기를 조작하는 것으로 나타났다폴리스티렌 입자 7, 10, 11, 12, 13, 14, 고분자 쇄 (15), (16) 단백질, 양자 점 (17) 및 DNA 분자 (8), (18) 등의 개체. 그들이 효율적으로 조사하기 전에 빨리 사라지거나 때문에이 레이저의 높은 강도로 인해 손상되기 때문에 플라즈몬 핀셋없이, 트랩 나노 입자 어렵다. 많은 플라즈몬 연구는 다양한 나노 골드 구조를 사용했다. 우리는 19 nanodisk 타입 12, 13, 14, 15로 돌출 금 구조를 분류 할 <s업&gt; 20, 21 또는 억제 나노 홀 형태 7, 8, 10, 11, 22, 23. 후자에 대해, 금 기판을 관찰보기를 방해 할 수 있기 때문에 촬상 편의의 관점에서, nanodisk 유형 나노 홀 유형보다 더 적합하다. 또한, 플라즈몬 트래핑 플라즈몬 구조 근처 발생 관찰 더욱 도전한다. 우리가 아는 한, 나노 홀 유형에 대한 플라즈몬 트래핑은 간접 산란 신호를 사용하여 확인 하였다. 그러나, 현미경 이미지와 같은 더 성공적으로 직접 관찰,보고되지 않았다. 연구는 거의 갇혀 입자의 위치를 ​​설명했다. 하나 개의 이러한 결과는 왕 동부 등에 의해 발표되었다. 그들은 금 기판 상에 금 기둥을 생성하고 페이지를 관찰형광 현미경 (24)를 사용하여 문서 모션. 그러나,이 빔 축에 평행 한 방향으로하지 측면 움직임을 모니터링 만 유효하다. 본 논문에서는 새로운 유체 마이크로 칩 디자인 및 제조 과정을 소개합니다. 이 칩을 사용하여, 우리는 플라즈몬 나노 평행 및 수직 방향 모두에서 plasmonically 포획 입자의 모니터링을 보여준다. 또한, 우리는 마이크로 칩의 팁 속도를 찾기 위해 유체 속도를 증가시켜 고정 된 입자의 최대 힘을 ​​측정한다. 플라즈몬 핀셋에 대한 대부분의 연구는 정량적으로 자신의 실험 설정에서 사용되는 최대 트래핑 힘을 보여줄 수 없기 때문에이 연구는 유일하다.

<table><tbody><tr><td>네거티브 포토레지스트&nbsp;</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2075</td><td></td></tr><tr><td>개발자</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 개발자</td><td></td></tr><tr><td>긍정적인 감광액&nbsp;</td><td>머크 주식회사</td><td>AZ GXR-601</td><td></td></tr><tr><td>AZ 포토레지스트 개발자</td><td>Merck Ltd.</td><td>AZ 300 MIF</td><td></td></tr><tr><td>HMDS</td><td>머크 주식회사</td><td>AZ 접착 촉진제</td><td></td></tr><tr><td>정렬기</td><td>Midas 시스템</td><td>MDA 400M</td><td></td></tr><tr><td>대기 플라즈마 기계&nbsp;</td><td>대기 공정 Plasma Co.</td><td>IDP-1000</td><td></td></tr><tr><td>폴리디메틸실록산(PDMS)</td><td>다우코닝</td><td>실가드 184 A/B</td><td></td></tr><tr><td>골드 코팅 테스트 슬라이드</td><td>EMF Co.</td><td>TA124(Ti/Au)</td><td></td></tr><tr><td>Au 에칭제&nbsp;</td><td>트란센 Inc.</td><td>TFA</td><td></td></tr><tr><td>Ti 에칭제&nbsp;</td><td>트란센 Inc.</td><td>TFT</td><td></td></tr><tr><td>40X 대물 렌즈&nbsp;</td><td>Edmund Optics</td><td>40X DIN</td><td></td></tr><tr><td>60X 물 침수 대물 렌즈&nbsp;</td><td>Olympus</td><td>LUMPLFLN 60XW</td><td></td></tr><tr><td>광섬유 입사 레이저&nbsp;</td><td>IPG Photonic</td><td>YLR 10</td><td></td></tr><tr><td>SMF 커플러</td><td>Thorlabs</td><td>MBT612D/M</td><td></td></tr><tr><td>주사기 마이크로펌프</td><td>Harvard</td><td>PC2 70-4501</td><td></td></tr><tr><td>형광 현미경&nbsp;</td><td>Olympus</td><td>IX-51</td><td></td></tr><tr><td>플라즈마 시스템</td><td>Femto Science Inc</td><td>CUTE-MPR</td><td></td></tr></tbody></table>

모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

플라즈몬 핀셋 극성 나노 크기의 물체를 한정하는 표면 플라즈몬 폴라를 사용합니다. 플라즈몬 핀셋의 다양한 디자인 중 몇은 고정화 된 입자를 관찰 할 수있다. 또한, 연구 제한된 수의 실험적 입자에 exertable 힘을 측정 하였다. 디자인은 nanodisk 돌출 형 또는 억제 나노 홀 유형으로 분류 될 수있다. 후자의 경우, 현미경 관찰은 매우 도전이다. 본 연구에서, 새로운 플라즈몬 집게 시스템 플라즈몬 나노 홀 구조의 대칭 축에 평행 및 수직 방향 모두에서 입자를 모니터링하기 위해 도입된다. 이 기능은 나노 홀의 가장자리 근처에 각 입자의 움직임을 관찰하기 위해 우리가 할 수 있습니다. 또한, 우리는 정량적으로 새로운 유체 채널을 사용하여 최대 트래핑 힘을 추정 할 수있다.

PDMS의 마이크로 채널 및 나노 홀 금판의 제조 공정은도 1 및도 2에 도시된다. 본 방법은 두 부분을 결합하여 실제 마이크로 칩은도 3에 도시되어있다. PDMS의 마이크로 칩의 측면으로부터 상기 채널의 내부를 나타 내기 위해 절단 하였다. 그러나,이 때문에 절단면의 표면 거칠기의 채널에 흐르는 입자를 관찰하기 어려웠다. 따라서도 4에 도시 된 바와 같이, 이러한 문제를 해결하기 위해 PDMS 코팅 방법을 소개했다. 우리는 PDMS 코팅의 효과를 확인하기 위해 마이크로 칩의 폴리스티렌 입자를 흐르는, 5 μm의를 관찰했다. 도 5는 현미경을 이용하여 마이크로 칩에서 관찰 된 실제 제조 마이크로 칩과 입자를 나...

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

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

본 실험의 전반적인 목표는 플라즈모닉 나노홀 구조의 대칭축과 평행한 방향 및 수직인 방향의 2차원에서 입자를 모니터링하고, 시스템의 최대 포획력을 정량적으로 추정하는 것입니다. 이 방법은 신속 면역 분석법 개발, 세포 및 박테리아 포획, 리포좀 분석, 나노입자 약물 방출 연구와 관련된 생명 과학 분야의 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 레이저 빔 축 방향과 그에 수직인 방향의 두 차원에서 입자의 움직임을 모니터링할 수 있다는 점입니다.먼저, 표준 포토리소그래피 기술을 사용하여 마이크로채널 몰드를 제작하고 웨이퍼를 직경 150 millimeter 페트리 접시에 넣습니다. 그 다음, PDMS 베이스 10분량과 경화제 1분량을 혼합하고 혼합물을 2분 동안 젓습니다. 혼합이 완료되면, 100 milliliters의 PDMS 혼합물을 웨이퍼 위에 붓습니다.페트리 접시를 진공 챔버에 넣고 진공을 가해 PDMS에서 기포를 제거합니다. 다음으로, PDMS 용액을 경화시키기 위해 페트리 접시를 80 °C의 오븐에 2시간 동안 둡니다. 냉각 후 오븐에서 접시를 꺼내고, 면도날을 사용하여 PDMS 마이크로채널의 윤곽을 따라 절단한 뒤 웨이퍼에서 분리합니다.그 다음, 1.5 mm 생검 펀치를 사용하여 PDMS 마이크로채널의 양 끝에 1.5 mm 입구 및 출구 구멍을 형성합니다. 0.3 mm 펀치를 사용하여 마이크로채널 중앙에 단일 모드 광섬유 케이블용 구멍을 형성합니다. 함께 제공된 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 시판되는 금판을 세척하는 것부터 시작하십시오.그 다음, 플레이트를 스핀 코터 위에 놓고 금 플레이트 위에 0.5 milliliters의 hexamethyldisilazane을 붓습니다. 3000 RPMs에서 40초 동안 플레이트를 스핀 코팅합니다. 이어서, 스핀 코팅된 hexamethyldisilazane 위에 0.5 milliliters의 양성 포토레지스트를 붓고, 3000 RPMs에서 40초 동안 플레이트를 추가로 스핀 코팅합니다.플레이트를 스핀 코터에서 분리하여 핫플레이트에 110 °C로 90초 동안 놓아 포토레지스트를 소프트 베이크합니다. 그다음, 스카치테이프를 사용하여 글래스 웨이퍼 위에 필름 마스크를 고정하고, 소프트 베이크된 금 플레이트를 기판 스테이지 위에 놓습니다. 샘플에 4.5초 동안 UV 광선을 조사하여 포토레지스트를 용해시키고, 길이 400 µm, 너비 150 µm의 금 직사각형을 형성합니다.다음으로, 용해된 포토레지스트를 제거하기 위해 금판을 포토레지스트 현상액에 1분 동안 담급니다. 그 후, 금판을 탈이온수로 헹구고 질소 가스를 사용하여 건조합니다. 금판을 금 식각액에 45초 동안 담가 노출된 금 층을 제거합니다.그 다음, 금 플레이트를 탈이온수로 헹구고 질소 가스를 사용하여 다시 건조시킵니다. 이어서, 노출된 티타늄을 제거하기 위해 플레이트를 티타늄 식각액에 5초 동안 담근 후, 금 플레이트를 탈이온수로 다시 한 번 헹구고 질소 가스로 건조합니다. 금 플레이트에 남아 있는 포토레지스트를 제거하기 위해 아세톤, 메탄올, 그리고 마지막으로 탈이온수에 순차적으로 각각 3분씩 담급니다.플레이트를 탈이온수로 각각 10초 동안 세 번 헹군 다음, 질소 가스로 다시 한번 건조합니다. 다음으로, 잔류 수분을 완전히 제거하기 위해 핫플레이트 위에 플레이트를 놓고 120 °C에서 3분 동안 가열합니다. 동봉된 텍스트 프로토콜에 설명된 대로, 집속 이온 빔(focused ion beam)을 사용하여 제작된 금 블록의 중심에 400 nm 크기의 나노홀을 가공합니다.PDMS 미세유체 채널과 금판을 모두 플라즈마 챔버에 넣습니다. 산소 플라즈마를 사용하여 접촉면을 1분 동안 처리합니다. 얼라이너의 기판 스테이지에 금판을 고정합니다.그 다음, 얼라이너(aligner)의 카메라를 사용하여 SMF 케이블 홀과 금 블록 홀의 중심을 찾아 두 부분이 동일한 축 상에 정렬되도록 합니다. 수동 스테이지를 들어 올려 두 부품을 결합합니다. 이어서, 혼합된 PDMS 용액 2 mL를 페트리 접시에 붓고, 1000 RPM으로 30초 동안 스핀 코팅합니다.그 다음, 절단된 마이크로칩을 집어 현미경에 놓일 표면이 페트리 접시 위의 PDMS에 닿도록 배치합니다. PDMS 용액을 경화시키기 위해 페트리 접시를 80°C의 오븐에 1시간 동안 둡니다. 냉각 후, 면도날을 사용하여 마이크로칩과 PDMS의 경계선을 자르고, 이어서 페트리 접시에서 분리합니다.먼저, 단일 모드 광섬유 케이블 커플러의 현미경 대물렌즈 마운트에 40x 대물렌즈를 연결합니다. 다음으로, 케이블 커플러의 파이버 클램프에 단일 모드 광섬유 케이블을 고정합니다. 입사 레이저 빔이 대물렌즈의 후방 개구부를 가득 채우도록 정렬합니다.그런 다음, 커플러에 장착된 3축 수동 스테이지를 조정하여 레이저 빔을 케이블의 코어에 맞춥니다. 마이크로칩에 고정된 광섬유 케이블은 분리할 수 없으므로, 광섬유 케이블의 끝단에 삽입하기 전에 레이저 출력을 측정하십시오. 그런 다음, 케이블의 반대쪽 끝을 마이크로칩의 케이블 홀에 삽입하십시오.시각적 피드백을 이용하여 광섬유 케이블을 나노홀이 있는 금 블록에 수직이 되도록 수동으로 정렬하십시오. 삽입된 광섬유 케이블의 끝단이 마이크로채널 내부로 들어가지 않아야 유체 흐름이 방해되지 않습니다. 마지막으로, 케이블 구멍과 광섬유 케이블 클래딩 사이의 87.5 µm 틈새로 입자 용액이 누출되는 것을 막기 위해 에폭시 접착제로 케이블 구멍을 밀봉하십시오.100 nm 직경의 폴리스티렌 입자 용액이 담긴 주사기를 주사기 마이크로펌프에 연결합니다. 다음으로, 마이크로칩의 입구와 출구 구멍에 튜브를 연결합니다. 연결이 완료되면, 주사기 펌프를 20 µm/s로 설정하고 입자 용액을 마이크로칩 내로 주입합니다.다음으로, 형광 램프를 켜고 채널 내에서 형광 입자가 관찰되는지 확인합니다. 입자 용액이 마이크로칩의 배출구로 나오면, 펌프 속도를 3.4 micrometers per second로 낮춥니다. 그런 다음, 레이저 광원을 켜서 나노홀로 레이저를 조사합니다.이렇게 하면 형광 입자가 나노홀의 가장자리에 포획됩니다. 마지막으로, 포획된 입자가 빠져나갈 때까지 마이크로펌프를 조절하여 유체 속도를 0.4 µm/s씩 단계적으로 높입니다. 이 정보를 사용하여 각 레이저 강도에 따른 최대 포획력을 구하십시오.여기에 부품의 정렬 상태와 나노홀의 위치를 보여주는 마이크로채널 설정의 확대 버전이 제시되어 있습니다. 100 nanometer 형광 폴리스티렌 입자가 마이크로채널을 통해 흐르면서 나노홀의 레이저에 의해 포획됩니다. 포획되지 않은 입자들이 나노홀을 지나쳐 흐르는 모습과 함께, 포획된 입자가 제자리에 머물러 있는 모습이 함께 표시됩니다.유속을 증가시키자 포집되었던 입자가 빠져나갈 수 있었습니다. 여러 번의 연습 후에, 적절하게 수행된다면 해당 절차는 약 14시간 이내에 완료될 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안, PDMS 코팅의 마이크로칩 표면 거칠기를 개선하는 것이 중요합니다.이 영상을 시청한 후에는 플라스모닉 나노구조의 대칭축과 평행한 방향 및 수직인 방향 모두에서 입자를 모니터링하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

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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

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

나노 입자의 광학 트래핑

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

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

플라즈몬 나노핀셋은 금 나노 구조에서 국부적인 표면 플라즈몬 공명을 사용하여 나노미터 규모의 광학 필드 내에서 단백질을 포함한 단일 나노 입자를 가둡니다. 산란 신호의 변화는 단백질의 존재와 구조적 역학을 드러내므로 형광단 변형이나 표면 테더링 없이 모니터링할 수 있습니다.

플라즈모닉 나노핀셋을 사용한 단일 비변형 단백질의 구조적 역학 모니터링

유리에 다결정 실리콘 박막 태양 전지는 crystallisation, 결함 패시베이션 및 metallisation 다음 붕소 및 인 도핑된 실리콘 레이어 증착에 의해 조작된다. 가벼운 트래핑 Plasmonic은 ~ 45 % photocurrent 향상의 결과로 확산 반사판으로 공을 실리콘 전지 표면에 자세의 nanoparticles을 형성하여 소개하고 있습니다.

Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

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

배우세요 플라즈몬 트랩을 이용한 나노 입자의 2차원 모니터링 및 최대 트래핑 힘 정량화 방법을. 이 기술은 면역 분석 및 약물 전달 연구에 활용됩니다.

모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스

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