Name: Nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 20 s
Description: 배우세요 나노플라즈모닉 광학 격자를 이용한 마이크로 입자 광학 트래핑 방법입니다. 저온에서 물의 열팽창 계수 0% 특성을 활용해 광열 대류를 억제하고 트래핑 효율을 향상시킵니다. 이 기법은 광학 트래핑 연구에 활용됩니다.

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Y. 토니 Y. 자금 지원을 과학과 기술 부여 번호 가장 105-2221-E-007-MY3 아래와 보조금 번호 105N518CE1 및 106N518CE1에서 국립 소 천 Hua 대학에서 인정 하 고 싶습니다.

1. 광학 설치 참고: 광학 설치의 원리는 그림 1에 나와.
<ol>광학을 <li>설정 트위터 키트 (재료의 표 참조) 및 형광 모듈 (재료의 표 참조) 그들의 설명서에 따라. 470 nm 빛 발광 다이오드 (LED) 빛 푸른 소스 형광등 모듈에 연결.</li>
	<li>높은 수 가늠 구멍 (NA)를 대체 (NA = 1.25, 배율 100 배) 긴 작업에 의해 기름 침수 목표 (WD) 현미경 목표 거리 (초점 거리 3.6 m m, WD 10.6 m m, NA = 0.5 =).</li>
	<li>느슨한 레이저 광선의 초점을 달성 하기 위해 조립된 키트의 빔 확장 섹션에 렌즈를 제거.</li>
	<li>차례 전원 공급 장치 및 레이저에 대 한 전류 다이오드 파장 980 nm의 사용은 충전된 결합 장치 (CCD) 카메라 레이저 빔 제대로 정렬 되도록. 
	참고: 레이저 빔 잘 정렬 된 경우에, CCD 카메라 읽을 것 이다 가우스 자리.</li>
</ol> 2. Nanofabrication <ol><li>마커 제조. 
	참고: 마커 제조 공정 및 후속 트래핑 실험 하는 동안 nanoplasmonic 배열 하려면 데 도움이 됩니다. 자세한 과정은 보충 그림 1에 나와 있습니다.
	<li>보증금 40 nm 인듐 주석 산화물 (ITO) 필름 두께 0.17 mm 스퍼터 링의 coverslip에 <ol>. 
		참고: ITO 필름 후속 전자 빔 리소 그래피 과정 전자 방전 도움이 될 것입니다.</li>
		<li>스핀 코트 8 µ m 층이 스핀과 긍정적인 감광 속도 4000 rpm 및 스핀 coater 시간 30 s.</li>
		<li>소프트 빵을 5 분 동안 90 ° C에 샘플 마커 포토 마스크와 함께 샘플을 정렬 하 고 샘플 80에 대 한 자외선을 노출 마스크 동기 기에서 s.</li>
		<li>130 감광 개발자에 샘플을 담가 s.</li>
		<li>크롬의 2 nm 층 및 열 증발을 사용 하 여 샘플에 황금의 40 nm 층 입금. 18</li> <li>아세톤에 샘플을 흡수 하 고는 초음파 청소기 작동 43 및 150 W 5 분에 대 한 리프트에서 배치</li>
	</ol></li> <li>제조의 Nanoplasmonic 배열 <ol><li>스핀 코트의 전자 빔 레이어 저항 회전 속도와 PMMA 120 K 30에 대 한 5000 rpm 스핀 coater에 s. 뜨거운 접시에 3 분 동안 160 ° C에서 샘플 빵.</li>
		<li>스핀 코트 전자 빔 레지스트 스핀 속도와 PMMA 960 K의 또 다른 레이어 30 5000 rpm 스핀 coater에 s. 뜨거운 접시에 3 분 동안 160 ° C에서 샘플 빵.</li>
		<li>전자 빔 폭을 사용 하 여 전자 빔 작가 저항 가속 전압 30 kV 및 복용량 400 C/c m 2.</li>
		<li>열 증발 기에서 금 40 nm 레이어 예금.</li>
		<li>아세톤에 샘플을 담근 다 고 리프트에서 대 일 분 동안 초음파 세탁 기술자 배치</li>
	</ol></li></ol> 3. 냉각 시스템 및 그것의 온도 보정 샘플 참고: 무대 디자인을 냉각 하는 샘플 보충 그림 2에 표시 됩니다.
<ol><li>샘플 냉각 <ol><li>장소, 바이 폴라 접합 트랜지스터, 저항과 전원 금속 산화물 필드 효과 트랜지스터 보충 그림 3의 회로 다이어그램을 따라 사용자 지정 회로 기판에 대 한 드라이버 회로 만들기 . 납땜 인 두와 함께 이러한 모든 부품을 솔더.</li>
		<li>연결 회로 보드의 제어 포트와 전자 제어 보드와 전선. Thermoelectrical 냉각 (TEC) 요소 및 회로 보드의 출력 포트 사이의 와이어를 연결 합니다. 히트싱크로 샘플 단계에 TEC 요소를 배치. 
		&#8203; 참고:는 TEC 요소 레이저 빔을 통해 갈 수 있도록 중앙에 구멍에.</li>
		<li>연결 와이어 회로 보드에서 5 V 전원 공급 장치. 적극적인 적외선 카메라를 사용 하 여 확인 경우 thermoelectrical 냉각은 제대로 냉각 온도 모니터링.</li>
	</ol></li> <li>적극적인 적외선 카메라와 저항 온도 발견자 (RTD) 온도계 측정 온도 보정.
	<ol><li>빈 coverslip에 RTD 온도계를 놓고 RTD 온도계와 coverslip 사이의 적절 한 열 접촉 되도록 그것에 열 붙여넣기의 작은 금액을 적용.</li>
		<li>펄스 폭 변조 설정의 듀티 사이클을 변경 하 여 TEC 요소에 전자 제어 회로의 출력 전원 설정을 변경 하 고 정상 상태 온도 도달 되도록 3 분까지 기다립니다. 온도 RTD 온도계를 사용 하 여 읽기.</li>
		<li>차례 앞으로 보이는 적외선 카메라와 모니터 온도에. 온도 보정 곡선을 얻기 위해 다양 한 출력 전원 설정에서이 반복 합니다. 대표적인 온도 보정 곡선은 보충 그림 4에 표시 됩니다. 
		참고: RTD 온도계와 앞으로 적외선 카메라 사이의 교정 앞 적외선 카메라의 온도 판독값 올바른 온도 도달할 수 있도록 정확 해야 하기 때문에 할 것이 결정적 이다.</li>
	</ol></li></ol> 4. 미의 트래핑 <ol><li>Dilute 마이크로 폴리스 티 렌 입자의 적절 한 볼륨 비율 microcentrifugetube 이온된 수 µ m 직경 2. 
	참고: 마이크로 입자의 농도 실험의 목적에 따라 조정할 수 있습니다. 낮은 농도 단일 입자 트랩 이벤트 간의 샘플 시간 간격을 수 있으며, 높은 농도 여러 입자 트랩 시간을 단축 됩니다. 단일 입자 트랩에 대 한 전형적인 농도 ~0.05% (w/v).</li>
	<li>무대에 nanoplasmonic 배열 샘플을 넣어 고는 470에 형광 광원으로 LED 및 수동으로 전원을 5 설정 밝은 필드 이미징 mW.</li>
	<li>마커를 사용 하 여 nanoplasmonic 배열의 찾을 샘플, 정렬 하 고 CCD 카메라를 사용 하 여 배열이 컴퓨터 화면에 대 한 관심의 영역 중심에 있는지 확인 하십시오.</li>
	<li>마이크로 피 펫으로 샘플에 직경 2 µ m의 희석된 마이크로 입자의 분배 10 µ L.</li>
	<li>자극 10 ~ 1 mW에 전원 배열의 plasmonic 공명 파장 980 nm의 레이저 다이오드를 현재 공급 설정 mW.</li>
	<li>정상 상태 온도 ~ 4 ° c.에 샘플을 전자 제어 보드에 전원 공급 장치에 수동으로 설정</li>
	<li>뷰어 소프트웨어에서 클릭는 &#34; 기록 비디오 &#34; 시퀀스 기록 대화 상자를 엽니다. 클릭은 &#34; 기록 &#34; CCD 카메라를 사용 하 여 레이저 광선의 영향 아래 샘플에 1.5 10 프레임/s의 프레임 속도 마이크로 입자의 동의의 녹화 비디오를 시작 하는 버튼. 클릭은 &#34; 중지 &#34; 녹음 중지 버튼을. 동영상 1을 참조 하십시오.</li>
</ol>

<ol><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Opt.Lett. 11, 288-290 (1986).</li>
<li>Grier, D. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/vsample/nsample/full/nature01935.html">A revolution in optical manipulation.</a> Nature. 424, 21-27 (2003).</li>
<li>Wright, W. H., Sonek, G. J., Berns, M. W. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.109937">Radiation on trapping forces with optical tweezers.</a> Appl. Phys. Lett. 63, 715-717 (1993).</li>
<li>Kawata, S., Tani, T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19881795">Optically driven Mie particles in an evanescent field along a channel waveguide.</a> Opt. Lett. 21, 1768-1770 (1996).</li>
<li>Yang, A. H. J., Moore, S. D., Schmit, B. S., Klug, M., Lipson, M., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Manipulation+of+nanoparticles+and+biomolecules+in+sub-wavelength+slot+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Optical Manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides.</a> Nature. 457, 71-75 (2009).</li>
<li>Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+manipulation+with+planar+silicon+microring+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical manipulation with planar silicon microring resonators.</a> Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).</li>
<li>Mandal, S., Serey, X., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomanipulation+using+silicon+photonic+crystal+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanomanipulation using silicon photonic crystal resonators.</a> Nano Lett. 2010 (10), 99-104 (2010).</li>
<li>Lin, S., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+silicon+microrings+as+wavelength-+multiplexed+optical+traps+for+storing+and+sensing+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Planar silicon microrings as wavelength- multiplexed optical traps for storing and sensing particles.</a> Lab Chip. 11, 4047-4051 (2011).</li>
<li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, M., R, Plasmonic nano optical tweezers. Nat. Photon. 5, 349-356 (2011).</li>
<li>Huang, J. S., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2079-4991/5/2/1048">The origin and future of plasmonic optical tweezer.</a> Nanomaterials. 5, 1048-1065 (2015).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl203719v">Optical trapping of single protein.</a> Nano Lett. 12, 402-406 (2012).</li>
<li>Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+trapping+in+two-dimensional+nanoscale+plasmonic+optical+lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Nano Lett. 13, 4118-4122 (2013).</li>
<li>Cuche, A., Stein, B., Canguier-Durand, A., Devaux, E., Genet, C., Ebbesen, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brownian+motion+in+a+designer+force+field%3A+Dynamical+effects+of+negative+refraction+on+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Brownian motion in a designer force field: Dynamical effects of negative refraction on nanoparticles.</a> Nano Lett. 12, 4329-4332 (2012).</li>
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<li>Roxworthy, B. J., Bhuiya, A. M., Vanka, S. P., Toussant, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+and+controlling+plasmon-induced+convection%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Understanding and controlling plasmon-induced convection.</a> Nat. Commun. 5, (2014).</li>
<li>Yang, T. P., Yossifon, G., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4871010/">Characterization of the near-field and convectional transport behavior of micro and nano particles in nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Biomicrofluidics. 10, 034102(2016).</li>
<li>Chen, Y. -C., Yossifon, G., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4967882?journalCode=apl">Supression of phtothermal convection of micro particles in two dimensional nanoplamonic optical lattice.</a> Appl. Phys. Lett. 109, 201111(2016).</li>
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<li>Zehtabi-Oskuie, A., Bergeron, J. G., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow-dependent+double-nanohole+optical+trapping+of+20+nm+polystyrene+nanospheres%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Flow-dependent double-nanohole optical trapping of 20 nm polystyrene nanospheres.</a> Sci. Rep. 2, 966(2012).</li>
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<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 2011 (11), 3763-3767 (2011).</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

여기에 설명 된 절차에는 안정적으로 매일 트래핑을 재현 하는 독자 수 있습니다. 사용 가능한 광학 격자 디자인 일반적인 경험적 지침 plasmonic nanoarray, interdisc 거리에 대 한 유사한 크기를 사용 하 고 갇혀 입자 크기. 하나의 분리 된 plasmonic nanostructure에 비해 높은 광 출력을 크게 여기 사용 ~ 4 ° C에 샘플을 냉각 하 여 여유와 함께에서 광학 격자 디자인 트래핑 확률을 향상 시킵니다. 잘 분리, plasmonic nanostructures 트래핑 사이트로 사용 하는 경우 하나의 효과적인 트랩핑 볼륨 plasmonic nanostructures 근처에 미의 마이그레이션에 대 한 오랜 시간을 기다릴 필요 합니다. 또한, 비판적으로 간 디스크 거리 증가 입자 축적의 확률을 감소 한다. 참고 한도 실 온에서 사용 가능한 광 파워 plasmonic 광학 격자와 트랩 실험을 수행할 수 있습니다 매우 제한 될 것입니다. 또한, 낮은 광 파워에 하나 오랜 시간 동안 기다릴 필요가 (~ ...

마이크로 스케일 입자의 광학 트래핑 1970 년대 초반에 아서 요구에 의해 원래 개발 되었다. 그것의 발명 이후 기술은 마이크로 및 nanomanipulation1,2에 대 한 다양 한 도구로 개발 되었습니다. 기존의 광학 트래핑 멀리 필드에 따라 초점 원리는 본질적으로 제한 트래핑 포스 극적으로 감소 하는 어떤 점에서 그것의 공간 감 금에서 회절에 의해 (다음 한 ~반지름의 입자에 대 한3 법 한) 3. 이러한 회절 한계를 극복 하기 위해 연구원 근처-필드 광학 트래핑 기술을 사용 하 여 plasmonic 금속 nanostructures 사라져 광학 필드에 따라 개발 하 고, 또한, 나노 스케일의 트랩에 개체 단일 단백질 분자 되었습니다 시연된4,5,6,7,,89,10,11. 또한, plasmonic 광학 격자 마이크로-나노와 여러 입자 스태킹11,12의 장거리 수송을 수 여 하 주기 plasmonic nanostructures의 배열에서 만들어집니다. 광학 격자에 트래핑을 방해 한 주요 장애물이 photothermal 대류 이며 노력 만들어진 명료 하 게 그것의 효과를 여러 그룹14,15,,1617. 그린의 기능을 사용 하 여, Baffou 그 외 여러분 각 plasmonic nanostructure 포인트 히터로 모델링 하 여 온도 프로 파일을 계산 있고 그들의 모델14를 실험적으로 검증. Toussant의 그룹은 또한 입자 velocimetry15플라스몬 유도 된 대류를 측정 했다. 작가 그룹은 또한 특징 근처-필드와 convectional 전송 하 고 photothermal 대류16,17를 억제 하는 엔지니어링 전략 시연.
여기 우리 plasmonic 광학 격자와 광학 설치 및 특히 트래핑 실험에 대 한 자세한 절차의 디자인을 제시. 광학 잠재력 조명 느슨하게 집중된 가우스 빔과 금 nanodiscs의 배열을 만들었습니다. 최적의 트래핑에 대 한 샘플 (~ 4 ° C) 낮은 온도를 아래로 냉각 하 여 photothermal 대류를 억제 하는 체계는 또한 설명 여기17. Boussinesq 근사에서 자연 대류 속도 u 에 대 한 예상 작업량은 u에 의해 주어진 ~L2 gβΔT / v, L 가 열 소스와 Δ의 길이 규모 T 는 참조 난방 때문에 상대적으로 증가 하는 온도입니다.  g 와 β 는 중력 가속도 및 열팽창 계수, 각각입니다. 온도 4 ° c에서 물 매체의 밀도 비정상적인 온도 전시 하 고이 0에 가까운 열 확장 계수 및, 따라서, vanishingly 작은 photothermal 대류로 변환 합니다.

<table><tbody><tr><td>열전기 냉각 요소</td><td>Thorlabs</td><td>TEC 1.4-6</td><td>TEC 요소 샘플 냉각</td></tr><tr><td>RTD 온도계</td><td>Omega Engineering</td><td>RTD 온도계 969C</td><td></td></tr><tr><td>전방 적외선 카메라</td><td>FLIR&nbsp;</td><td>FLIR 온도</td><td>모니터링용 One IR 카메라</td></tr><tr><td>발광 다이오드 광원</td><td>Touchbright</td><td></td><td>형광 이미징용 조명용 광원</td></tr><tr><td>긴 작동 거리 대물렌즈</td><td>Olympus</td><td>LMPLFLN</td><td>샘플 조명 및 이미징용</td></tr><tr><td>광학 트랩 키트</td><td>Thorlabs</td><td>OTKB/M</td><td></td></tr><tr><td>커버 슬립</td><td></td><td></td><td>두께 0.17 mm</td></tr><tr><td>주사 전자 현미경</td><td>Hitachi</td><td>SEM-Hitachi S3400N</td><td></td></tr><tr><td>전자빔 블랭커</td><td>DEBEN</td><td>PCD 빔 블랭커</td><td>는 주사 전자 현미경에 추가됩니다&nbsp;</td></tr><tr><td>열 증발기</td><td>SYSKEY Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>마스크 얼라인너</td><td>Karl Suss</td><td>MJB 3</td><td>마커 제작용</td></tr><tr><td>전자빔 레지스트</td><td>Sigma Alrich</td><td>PMMA 120K</td><td>전자빔 리소그래피용</td></tr><tr><td>전자빔 레지스트</td><td>Sigma Alrich</td><td>PMMA 960K</td><td>전자빔 리소그래피용</td></tr><tr><td>형광 표지 폴리스티렌 마이크로스피어 Polyscience</td><td></td><td></td><td>2um 직경</td></tr><tr><td>바이폴라 트랜지스터</td><td>Mouser</td><td>2N3904</td><td>TEC 드라이버 회로용 수량 2</td></tr><tr><td>바이폴라 트랜지스터</td><td>Mouser</td><td>2N3906</td><td>TEC 드라이버 회로용 수량 2</td></tr><tr><td>MOSFET 전력 트랜지스터</td><td>Mouser</td><td>IRF5305</td><td>TEC 드라이버 회로용 수량 2</td></tr><tr><td>MOSFET 전력 트랜지스터</td><td>Mouser</td><td>IRF131ON</td><td>TEC 드라이버 회로용 수량 2</td></tr><tr><td>10 kOhm 저항기</td><td>마우저</td><td></td><td>수량 6 TEC 드라이버 회로</td></tr><tr><td>910 옴 저항기</td><td>마우저</td><td></td><td>수량 2 TEC 드라이버 회로</td></tr><tr><td>포토레지</td>스트 <td>Microchemicals</td><td>AZ4620</td><td>마커 제작용</td></tr><tr><td>아세톤</td><td>시그마 Alrich</td><td></td><td>마커 제작용</td></tr><tr><td>형광 모듈 OTKB/M, 미터 나사산</td><td>Thorlabs</td><td>OTKB-FL/ M</td><td></td></tr><tr><td>형광 필터 세트</td><td>Thorlabs</td><td>MDF-FITC</td><td>Fluorescein Isothiocyanate (FITC)</td></tr> <tr><td>초음파 세척기</td><td>Delta</td><td>DC150H</td><td>리프트 오프 단계 용</td></tr></tbody></table>

nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

Plasmonic 광학 족집게 기존의 멀리 분야 광학 족집게의 회절 한계를 극복 하기 위해 개발 되었습니다. 트랩 및 교통 행동의 다양 한 전시 하는 nanostructures의 배열을 plasmonic 광학 격자에 의하여 이루어져 있다. 우리 보고 트랩에서 간단한 사각형 nanoplasmonic 광학 격자 마이크로 입자를 실험 절차. 우리는 또한 광학 설치 및 nanoplasmonic 배열의 nanofabrication 설명합니다. 광학 잠재력 조명 980 nm 파장, 그리고 흥미로운 플라스몬 공명 가우스 빔과 금 nanodiscs의 배열에 의해 생성 됩니다. 입자의 모션은 형광 영상에 의해 모니터링 됩니다. Photothermal 대류를 억제 하는 체계 또한 최적의 트랩 가능한 광학 힘을 증가를 설명 합니다. 대류의 낮은 온도에 샘플을 냉각 물 매체의 0에 가까운 열 팽창 계수를 이용 하 여 이루어집니다. 단일 입자 전송 및 여러 입자 트랩 여기 보고 됩니다.

단일 입자 궤적 우리의 실험에서 CCD 카메라에 의해 기록 되었다 하 고 이미지 각 입자의 궤적16를 추출 하는 사용자 지정 프로그램으로 처리 했다. 대표 결과 그림 3 에 비디오 1 직경 2 µ m. 광학 격자 안에 여러 입자 치장 관찰 했다 마이크로 분야에 대 한 표시 됩니다. 입자의 대표적인 모션 비디오에서 추출 하는 연속 된 이미지는 그림 4에 표시 됩니다. 직경 2 μ m의 미에 대 한 미의 클러스터링 형성은 6 각형 가까운 포장 (hcp) 구조를 볼 수 있습니다 하나. 샘플 수 있습니다 또한 데워 질 TEC 요소; 해제 하 여 관찰된 갇혀 클러스터 photothermal 대류로 인해 분산 것 이다.
<p class="jove_content" fo:keep-together.wi...

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

Nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical ...

본 실험의 전반적인 목표는 광열 대류를 억제하는 기술을 사용하여 플라스모닉 광격자로 미세 입자를 포획하는 방법을 시연하는 것입니다. 이 기술의 주요 특징은 플라스모닉 나노구조 배열을 사용하여 포획 효율을 높인다는 점입니다. 또한, 저온에서 물의 열팽창 계수가 0%가 되는 고유한 성질을 이용하여 광열 대류를 억제합니다.이 절차의 시연은 저희 실험실의 대학원생인 Dinesh Bhalothia가 진행하겠습니다. 실험 장치는 광학 집게 키트를 기반으로 구성되었습니다. 형광 모듈이 추가된 이 수정된 광학 집게 키트가 브레드보드 위에 준비되어 있습니다.LED와 다이오드 레이저가 형광 관찰 및 조작을 위한 빛을 제공합니다. 거울은 대물렌즈를 통해 빛을 유도합니다. 대물렌즈는 방열판 역할도 겸하는 시료 스테이지에 빛을 집중시킵니다.CCD 카메라가 샘플의 이미지를 캡처합니다. 이러한 요소들은 이 도식에서 더 명확하게 나타납니다. 470 nanometer 청색 LED가 형광 모듈의 광원입니다.조작을 위해 980 nanometer 레이저 다이오드가 느슨한 초점의 레이저 광을 제공합니다. 렌즈는 작동 거리가 긴 현미경 대물렌즈입니다. 시료 스테이지에서의 활동은 CCD 카메라로 기록됩니다.980 nanometer 레이저 다이오드의 전원과 전류를 켭니다. CCD 카메라를 사용하여 레이저 빔 정렬 상태를 확인합니다. 빔이 잘 정렬되었다면, 카메라 이미지에 가우시안 스폿(Gaussian spot)이 나타납니다.다음 단계를 위해 레이저를 끕니다. 설정의 중요한 측면은 냉각 시스템입니다. 시료 스테이지는 열전 냉각기를 수용하도록 설계된 방열판입니다.열전 냉각 장치를 추가하기 위해 시스템 전자 장치를 준비합니다. 본 실험을 위한 전용 드라이버 회로가 제공됩니다. 드라이버 회로와 전자 제어 보드 간의 연결을 수행합니다.다음으로, 시료 스테이지에 장착 가능하며 레이저 빔이 통과할 수 있도록 구멍이 뚫린 열전 냉각 소자를 준비합니다. 드라이버 회로의 출력을 열전 냉각 소자에 연결합니다. 냉각 소자를 시료 스테이지로 이동시킵니다.계속 진행하기 전에, 드라이버 회로를 5V 전원 공급 장치에 연결하십시오. 온도를 모니터링하려면 전방향 적외선 카메라를 사용하고, 진행하기 전에 시스템이 적절하게 냉각되고 있는지 확인하십시오. 이를 위해 저항 온도계 유닛과 해당 센서를 사용하십시오.글라스 커버슬립 위에 센서를 놓는 것으로 시작합니다. 센서와 커버슬립을 샘플 스테이지로 옮깁니다. 열 접촉을 확실히 하기 위해 소량의 서멀 페이스트를 도포합니다.그곳에서 어셈블리를 스테이지에 접촉시키십시오. 제어기에서 열전 냉각 소자의 전력을 조절하십시오. 3분 후에 저항 온도 검출기 온도계로 온도를 측정하십시오.또한, 전방 감시 적외선 카메라로 온도를 기록하십시오. 이 두 가지 측정 과정을 다양한 출력 설정에서 반복하여 이와 유사한 온도 교정 곡선을 얻으십시오. 교정 과정은 필수적입니다.진행하기 전에 열전 냉각기의 전원을 끄십시오. 설정의 마지막 요소는 나노플라스모닉 어레이입니다. 슬라이드 커버에는 맞춤 제작된 어레이가 있으며 실험에 장착할 준비가 되어 있습니다.배열의 이 주사 전자 현미경 이미지는 더 자세한 정보를 제공합니다. 이는 가로 세로 약 16 µm 크기의 영역에 22 x 22 개의 금 나노디스크가 배열된 형태입니다. 각 나노디스크의 두께는 40 nm이며 직경은 550 nm입니다.디스크 간의 중심 거리는 750 nanometers입니다. 나노플라스모닉 어레이가 포함된 슬라이드 커버를 시료 스테이지 위에 놓으십시오. 이때 슬라이드 커버는 열전 냉각기와 접촉해야 합니다.다음으로 광원을 설정합니다. 형광 광원을 켜고, 명시야 이미징을 위해 출력을 5 mW로 설정합니다. 슬라이드를 조작하면서 CCD 이미지를 모니터링하십시오.슬라이드의 마커를 사용하여 어레이의 위치를 찾고 정렬하십시오. 컴퓨터 화면의 관심 영역 중앙에 어레이가 위치해 있는지 확인하십시오. 이제 실험에 사용할 샘플을 준비하십시오.이는 탈이온수에 2 µm 직경의 폴리스티렌 입자 두 종류가 혼합된 용액입니다. 마이크로피펫을 사용하여 나노어레이 슬라이드 위에 10 µL를 분주하십시오. 980 nm 레이저 다이오드의 전류 공급 장치로 이동하십시오.전원을 켜서 어레이의 플라스모닉 공명을 유도합니다. 그런 다음 냉각 시스템의 전원 공급 장치를 조절하여 온도를 4°C로 맞춥니다. 마지막으로 CCD 카메라로 미립자의 비디오 녹화를 시작합니다.이 영상은 두 개의 마이크로미터 크기 폴리스티렌 구체를 이용한 실험 중에 기록된 예시입니다. 플라스모닉 공명 여기를 위해 사용된 980 nanometer 파장 레이저의 광출력은 5 milliwatts입니다. 입자들이 육방 밀집 구조로 클러스터를 형성하는 것에 유의하십시오.이 정지 영상들은 시간에 따라 축적된 포획 마이크로입자들을 보여줍니다. 다시 한번, 육방 조밀 충진 구조(hexagonal close-pack structure)가 명확하게 나타납니다. 이러한 영상들은 시간에 따른 포획 마이크로입자 수의 그래프를 생성하기 위한 데이터를 제공할 수 있습니다.이 다섯 가지 색상의 곡선들은 이미지 처리 기술과 중심점 알고리즘(centroid algorithm)을 사용하여 기록된 비디오에서 추출할 수 있는 미세 입자 궤적의 예시입니다. 스케일 바는 2 µm를 나타냅니다. 여기에 보고된 절차를 통해 연구자는 매일 트래핑(trapping)을 재현할 수 있습니다.이 절차를 수행할 때, 시료의 파손을 방지하기 위해 적외선 카메라를 사용하여 시료 온도를 모니터링하는 것이 중요합니다. 이 기술은 개발 이후 광학 트래핑 분야의 연구자들이 플라스모닉 광격자에서 더 광범위한 수송 현상을 연구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이 영상을 시청하고 나면, 플라스모닉 광격자를 이용한 광학 트래핑 수행 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

trapping-of-micro-particles-in-nanoplasmonic-optical-lattice

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

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.

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&#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.

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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.

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

배우세요 나노플라즈모닉 광학 격자를 이용한 마이크로 입자 광학 트래핑 방법입니다. 저온에서 물의 열팽창 계수 0% 특성을 활용해 광열 대류를 억제하고 트래핑 효율을 향상시킵니다. 이 기법은 광학 트래핑 연구에 활용됩니다.

Nanoplasmonic 광학 격자에 마이크로 입자의 트래핑

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