Name: Gebruik van plasmonische en fotonisch kristal nanostructuren voor Enhanced micro-en nanodeeltjes Manipulatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-27T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 29 s
Description: Leer plasmonische en fotonisch kristal pincetten voor het vangen van micro- en nanodeeltjes met verminderde laserintensiteit. Deze methode maakt niet-invasieve manipulatie van biologische monsters mogelijk.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Wij zouden ook graag Xiaoyu Miao en Ben Wilson bedanken voor de ontwikkeling van de meeste van de beschreven methoden binnen. Dit werk werd gefinancierd door National Science Foundation (DBI 0.454.324) en het National Institute of Health (R21 EB005183) en door PHS NRSA T32 GM07270 van NIGMS naar ECK.

1. Random Au Nanodeeltje Array Fabrication 8,10,12,14 <ol><li> De Au nanodeeltjes array wordt gevormd door eerst het creëren van een sjabloon die is gemaakt van een dichte laag van willekeurig geadsorbeerd latex bolletjes met een gemiddelde diameter van 454 nm. Dit wordt bereikt door eerst verdampen goud op een glazen dekglaasje tot een dikte van 20 nm met behulp van chroom als de hechting laag. </li><li> De polystyreen bol monolaag is dan zelf-geassembleerde door het blootstellen van de goud gecoate substraat aan een mengsel van 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC), latex bol schorsing en gedeïoniseerd water. </li><li> De adsorptie proces mag duren ongeveer een uur en de niet-geabsorbeerde bolletjes worden weggespoeld met een ruime hoeveelheid water. </li><li> De gevormde monolaag wordt toegestaan ​​aan de lucht drogen. </li><li> Tot slot wordt nog eens 20 nm van goud verdampt op de latex bol monolaag om de willekeurige gouden nanodeeltjes array te vormen. </li><li> Als een SEM beschikbaar is, kan de AUNP serie te zien onder de SEM te zien als in figuur 1 en een diagram van het proces is weergegeven in figuur 8. </li></ol> 2. Biologische Monstervoorbereiding 9,11 <ol><li> Monstervoorbereiding voor optisch vangen van muizen celkernen wordt nu getoond. </li><li> 3T3 muis celkernen getagd met acridine oranje kleurstof werden verkregen uit de Tewari groep op het Fred Hutchinson Cancer Research Center. </li><li> 10% Bovine Serum Albumine (BSA) in fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) wordt toegevoegd om de muis te celkernen in een concentratie van ongeveer 1: 10 (BSA: Mouse celkernen). De BSA helpt om de kernen te voorkomen dat vasthouden aan de ondergrond. </li><li> Meng de oplossing met behulp van ultrasoonapparaat. </li><li> 5 uL van onze oplossing is afgezet op de aluminium rooster reeks dekglaasje aan. Het is beter om het uitvoeren van deze stap met de aluminium rooster op de microscoop het podium, zodat u niet hoeft te het monster vervoer na de oplossing is afgezet. </li><li> Twee stapels van twee een &quot;door een&quot; dekglaasjes worden gebruikt om een ​​vijfde dekglaasje waardoor het monster wordt bekeken ondersteuning. </li><li> Plaats het monster onder de microscoop te bekijken. </li></ol> 3. Methode voor het vangen <ol><li> De optische pincet worden opgebouwd door het sturen van een 35 mW helium-neon laser door middel van een Zeiss Axio Imager.D1M uitgerust met een GFP 17 filter set, die is gewijzigd om 633 nm laserstraling om het monster te bereiken. </li><li> Een Zeiss LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x objectief wordt gebruikt om het imago van de celkernen die ongeveer 5 micron in diameter. </li><li> Nadat het monster is geplaatst onder de doelstelling, de focus van de microscoop op de gouden nanodeeltjes array of diffractierooster. </li><li> Verticaal vertalen microscoop totdat de scherpstelling is bereikt op de kernen die je wenst te vangen. </li><li> Positie laser val plek op deeltje en het deeltje moet dan haar positie in de laserspot, zelfs wanneer het podium wordt vertaald. </li></ol> 4. Representatieve resultaten: De willekeurige gouden nanodeeltjes reeks procedures moeten deponeren een monolaag van AUNP&#39;s die kunnen worden bekeken onder een SEM te zien als in figuur 1. De vangst kracht die door deze plasmonische pincet kan worden 10-20 keer de kracht die door standaard optische pincet. De minimum intensiteiten vereist door de plasmonische pincet om deeltjes opsluiting te bereiken, zijn getoond voor deeltjes van verschillende grootte in figuur 4. 9,10 De diffractierooster bereikte afstemming en de vangst met 20 keer hoger vangen rendement dan het goud nanodots en kon bereiken vangen met zo weinig zo 17 uW / um 2 (figuur 7). 11 <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> Figuur 1 10 (a) SEM microfoto van de zelf-geassembleerde gouden nanodeeltjes. De diameter van de individuele gouden nanodeeltjes is ongeveer 450 nm. (B) NSOM beeld van de plasmonische substraat waar de nanodeeltjes distributie is schaars, toont het near-field straling. De golflengte van de laser excitatie is 633 nm. (C) Hoge vergroting uitzicht op het gebied gemarkeerd met het rode plein in (b). (D) Verstrooiing efficiëntie spectrum van de plasmonische substraat, met de piek bij 624 nm. (E) absorptie-efficiëntie spectrum van de plasmonische substraat, met de piek bij 668 nm. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> Figuur 2 13 (a) Au nanosferen willekeurig verdeeld over een 2D-domein 1 x 1 micrometer 2. Elke blauwe stip vertegenwoordigt het midden van de NanoSphere (a = 60 nm). Verstrooiing veldverdelingen op observatie vlakken die parallel zijn aan de willekeurige NanoSphere array zijn getoond in (b) - (e). De NanoSphere array wordt gelijkmatig verlicht door een vlakke golf bij de golflengte van 540 nm. De brekingsindex van het omringende medium is 1,33. De polarization de richting van de vlakke golf punten langs de X-as (horizontaal in (a)). De omvang van het incident elektrisch veld wordt uitgegaan van een in de berekening. De scheiding tussen de observatie vliegtuig en de NanoSphere array is gedefinieerd als h. b) h = een. c) h = 2 bis. d) h = λ. e) h = 2λ. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> Figuur 3 Schematische voorstelling van 9 op maat gemaakte fluorescentie microscoop configuratie inclusief een gepasseerd excitatie-filter en een vervangen dichroïde beam-splitter. Dit is de configuratie voor een gelijktijdige vangen en fluorescentie beeldvorming. <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> Figuur 4 10 De minimale laser intensiteit om de val als een functie van de stroomsnelheid van het omringende vloeistof gebruik te maken van plasmonische trapping te houden. Alle optische intensiteiten worden gewaardeerd tegen het monster vlak onder de microscoop doelstelling. (A) - (f) tonen de meetresultaten voor enkele polystyreen bolletjes met een diameter van 7.3, 6.3 (niet-sferische), 5,0, 3,9, 2,5 en 1,1 micrometer, respectievelijk. De inzetstukken geven de overeenkomstige microscopische beelden van deeltjes. De schaal bars in alle beelden vertegenwoordigen 5 micrometer in lengte. <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> Figuur 5 10 De helling van de gemonteerde lijn door de oorsprong in Fig. 4 versus de deeltjesgrootte voor plasmonische vangen. De fout balken geven de standaarddeviaties van de lineaire past. De helling van de gemonteerde lijn (verhouding tussen de optische intensiteit drempel en debiet) in Fig. 4 heeft een ongeveer lineair verband met een deeltjesgrootte zoals in deze figuur, met vermelding van het voordeel van plasmonische vangen met name voor kleinere deeltjes. <img alt="Figuur 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> Figuur 6 11 (a) Schematische tekening van de verbeterde optische trapping gebruik te maken van 1-D periodieke nanostructuren. De invallende bundel wordt afgebogen door de periodieke nanostructuur op verre veld. (B) De intensiteit verdeling van het licht met twee orthogonale polarisaties nanostructuur op verre veld. (B) De intensiteit verdeling van het licht met twee orthogonale polarisaties aan het oppervlak van een aluminium rooster met een 417 nm periode verkregen met behulp van FDTD simulaties. De distributie is genormaliseerd op de intensiteit op een vlakke aluminium oppervlak. (C) en (d) Trapping potentieel voor deeltjes direct boven het rooster oppervlak ten opzichte van de locatie van het deeltje voor (c) een 350 nm polystyreen kraal en (d) een 1 micrometer polystyreen kraal. De witte cirkels illustreren de grootte van de deeltjes. Inzetstukken geven de trapping potentieel boven een vlakke aluminium oppervlak voor dezelfde deeltjesgrootte als vergelijkingen. De waarden zijn genormaliseerd voor elke deeltjesgrootte. Voor alle FDTD simulatie cijfers op het gebied van uitzicht is 10 x 8 pm 2. <img alt="Figuur 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> Figuur 7 11 (a) Trap efficiëntie en minimale vangen de intensiteit gemeten voor polystyreen bolletjes van verschillende grootte met een straal polarisatie loodrecht op raspen lijnen. Inzet toont val asymmetrie bij het vangen van efficiency voor het vertalen van een 3,87 um polystyreen kraal loodrecht en parallel aan de regels van het rooster. De doorgetrokken lijn (grote asymmetrie) wordt verkregen met invallend licht gepolariseerd loodrecht op het rooster, en het dashboard lijn (kleine asymmetrie) wordt verkregen met invallend licht gepolariseerd parallel aan het rooster. De eenheid is in (pN [mW / um 2] -1). (B) - (d) Trapping demonstratie van een TL-590 nm polystyreen kraal. De rode cirkel geeft de positie van de laser plek als het laserlicht was te zwak om gezien te worden. In eerste instantie het deeltje is gevangen in de plek bij een hogere macht, als de stroom wordt verlaagd de Brownse beweging van het deeltje overwint de vangst van kracht, waardoor het deeltje te ontsnappen. (E) - (g) Trapping demonstratie van een fluorescerende eierstokkanker celkern. De minimaal vereiste lichtsterkte te vangen in te leiden werd 16 μW / um 2 verkregen met behulp van een 20x objectief. <img alt="Figuur 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> Figuur 8 14 Fabrication procedure van de cap-vormige gouden nanodeeltjes: a) Verdamping van het Cr en Au dunne laag op het glas dekglaasje aan. b) Blootstelling aan de polystyreen sfeer schorsing en adsorptie van de bollen gedurende 1 uur. c) verwijdering van niet-geadsorbeerde polystyreen bolletjes en het drogen van het oppervlak. d) Verdamping van een andere laag van Au op de top van de sjabloon sferen. e) Schema van de cap-vormige Au nanodeeltje array, waarbij Au uitsluitend betrekking op de bovenkant van de sjabloon sferen.

<ol><li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+TB+%22Electromechanics+of+Particles%22">Electromechanics of Particles</a>. , Cambridge University Press. (1995).</li>
<li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+manipulation+of+neutral+particles+using+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 4853-4853 (1997).</li>
<li>Neuman, K. C., Chadd, E. H., Liou, G. F., Bergman, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+photodamage+to+Escherichia+coli+in+optical+traps%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Characterization of photodamage to Escherichia coli in optical traps.</a> Biophys. J. 77, 2856-2856 (1999).</li>
<li>Chiou, P. C., Ohta, A. T., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436, 370-370 (2005).</li>
<li>Hsu, H. Y., Ohta, A. T., Chiou, P. Y., Jamshidi, A., Nealea, S. L., Wua, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phototransistor-based+optoelectronic+tweezers+for+dynamic+cell+manipulation+in+cell+culture+media%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Phototransistor-based optoelectronic tweezers for dynamic cell manipulation in cell culture media.</a> Lab Chip. 10, 165-172 (2010).</li>
<li>Righini, M., Ghenuche, P. S., Cherukulappurath, V., Myroshnychenko, F. J., Garcia de Abajo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quidant+Nano-optical+Trapping+of+Rayleigh+Particles+Escherichia+coli+Bacteria+with+Resonant+Optical+Antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Quidant Nano-optical Trapping of Rayleigh Particles Escherichia coli Bacteria with Resonant Optical Antennas.</a> Nano Letters. 9, 3387-3391 (2009).</li>
<li>Righini, M., Zelenina, A. S., Girard, C., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+and+Selective+Trapping+in+a+Patterned+Plasmonic+Landscape%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Physics%22%5BJournal%5D)">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nature Physics. 3, 477-480 (2007).</li>
<li>Miao, X., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+dielectrophoresis+force+and+torque+induced+by+localized+surface+plasmon+resonance+of+a+cap-shaped+Au+nanoparticle+array%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Large dielectrophoresis force and torque induced by localized surface plasmon resonance of a cap-shaped Au nanoparticle array.</a> Opt. Lett. 32, 295-297 (2007).</li>
<li>Wilson, B. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Manipulation+of+Nanoparticles+and+Biological+Samples+through+Enhanced+Optical+Forces+%5B%5D%22">Manipulation of Nanoparticles and Biological Samples through Enhanced Optical Forces [dissertation]</a>. , University of Washington, Seattle. (2009).</li>
<li>Miao, X. Y., Wilson, B. K., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+manipulation+of+micron%2Fsubmicron+sized+particles+and+biomolecules+through+plasmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Exp%22%5BJournal%5D)">Optical manipulation of micron/submicron sized particles and biomolecules through plasmonics.</a> Optics Exp. 16, 13517-13525 (2008).</li>
<li>Wilson, B. K., Mentele, T., Bachar, S., Knouf, E., Bendoraite, A., Tewari, M., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructure-enhanced+laser+tweezers+for+efficient+trapping+and+alignment+of+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Optics.+Exp%22%5BJournal%5D)">Nanostructure-enhanced laser tweezers for efficient trapping and alignment of particles.</a> Optics. Exp. 18, 16005-16013 (2010).</li>
<li>Miao, X., Wilson, B. K., Cao, G., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+Rotation+of+Nanowires+Assisted+by+Surface+Plasmons%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Selected+Topics+in+Quantum+Electronics%22%5BJournal%5D)">Trapping and Rotation of Nanowires Assisted by Surface Plasmons.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 15, 1515-1520 (2009).</li>
<li>Miao, X. Y., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+manipulation+of+biological+particles+through+a+plasmonic+platform%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Selected+Topics+in+Quantum+Electronics%22%5BJournal%5D)">Trapping and manipulation of biological particles through a plasmonic platform.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 13, 1655-1662 (2007).</li>
<li>Miao, X. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Plasmonics+for+Micro%2FNano+Manipulation+and+Optofluidics+%5B%5D%22">Plasmonics for Micro/Nano Manipulation and Optofluidics [dissertation]</a>. , University of Washington, Seattle. (2008).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

De betekenis van deze methoden van vangen is dat ze de optische intensiteit die nodig zijn voor een duurzame vangen van ergens daling in de orde van 10 3 μW / um 2 tot ergens in de orde van 10 μW / um 2. 10,11 De beperkingen van deze technieken zijn dat de gouden nanodeeltjes reeks verwarming kwesties die moeten worden overwonnen ervaringen. Om dit probleem, kan een 2D fotonisch kristal structuur die is samengesteld uit een diëlektrisch materiaal worden gebruikt. Een dergelijke structuur...

<table border="1"><tr><td> Materiaal Naam </td><td> Type </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Commentaar </td></tr><tr><td> Axio Imager Microscoop </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> Microscoop Doel </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Zeiss Microscoop Camera </td><td> Axiocam MRc </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Helium Neon Laser </td><td> 35 mW </td><td> Onderzoek Electro-Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Variabele Attenuator </td><td> Continu Variabele ND </td><td> Thorlabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> Voor het instellen van de intensiteit microscoop </td></tr><tr><td> Zeiss Filter Set </td><td> Filter Set # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> Filter Set # 17 </td></tr><tr><td> Objectglaasjes </td><td> 0,5 mm dik </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 muis celkernen </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td> Bewaar zo koud mogelijk </td></tr><tr><td> Acridine Oranje kleurstof </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> Bovine Serum Albumine </td><td> 1-10 rantsoen in PBS </td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> 454 nm polystyreen latex bolletjes </td><td></td><td> Polysciences, Inc </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimide hydrochloride (EDC) </td><td> 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> goud (voor depositie) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Reflecterende regeerde diffractierooster </td><td></td><td> Edmund Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) </td><td> Dulbecco&#39;s fosfaat gebufferde zoutoplossing (D-PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

gebruik van plasmonische en fotonisch kristal nanostructuren voor enhanced micro-en nanodeeltjes manipulatie

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

Een methode om de positie en oriëntatie van submicron deeltjes te manipuleren niet-destructief zou een ongelooflijk nuttig instrument voor fundamenteel biologisch onderzoek. Misschien wel de meest gebruikte fysieke kracht om niet-invasieve manipulatie van kleine deeltjes te bereiken is dielectrophoresis (DEP). 1 echter DEP op eigen mist de veelzijdigheid en precisie die gewenst zijn voor het manipuleren van cellen, omdat het traditioneel gedaan met stationaire elektroden. Optisch pincet, die een driedimensionaal elektromagnetisch veld gradiënt om de krachten op de kleine deeltjes uit te oefenen te gebruiken, deze gewenste veelzijdigheid en precisie te bereiken. Maar twee, een belangrijk nadeel van deze aanpak is de hoge stralingsintensiteit nodig is om de nodige kracht te bereiken een deeltje val die kan schade aan biologische monsters 3 Een oplossing die het mogelijk maakt vangen en te sorteren met een lagere optische intensiteit zijn opto-elektronische pincet (OET) maar OET&#39;s hebben beperkingen met fijne manipulatie van kleine deeltjes,.. dat DEP-gebaseerde technologie stelt ook beperkingen op het terrein van de oplossing 4 , 5 Deze video artikel zal beschrijven twee methoden die de intensiteit van de straling die nodig zijn voor optische manipulatie van levende cellen te verminderen en ook een beschrijving van een methode voor oriëntatie controle. De eerste methode is plasmonische pincet, die een willekeurig gouden nanodeeltjes (AUNP) array te gebruiken als een substraat voor het monster zoals aangegeven in figuur 1. De AUNP serie zet de invallende fotonen in gelokaliseerde oppervlakteplasmonen (LSP), die bestaan ​​uit resonerende dipool momenten die uitstralen en het genereren van een patroon stralingsveld met een grote gradiënt in de cel oplossing. Eerste werkzaamheden op het oppervlak van plasmon verbeterd trapping door Righini et al. en onze eigen modellen hebben aangetoond dat de velden opgewekt door de plasmonische substraat de initiële intensiteit te verminderen door het verbeteren van de gradiënt veld dat de vallen het deeltje. 6,7,8 De plasmonische aanpak maakt voor fijn oriëntatie controle van ellipsoïdale deeltjes en cellen met een lage optische intensiteit als gevolg van efficiëntere optische energie omgezet in mechanische energie en een dipool-afhankelijke stralingsveld. Deze velden zijn weergegeven in figuur 2 en de lage vangen intensiteiten worden beschreven in de figuren 4 en 5. De belangrijkste problemen met plasmonische pincet zijn dat de LSP is een aanzienlijke hoeveelheid warmte te genereren en de vangst is slechts twee dimensionaal. Deze warmte genereert convectieve stromen en thermophoresis die kunnen worden krachtig genoeg om submicron deeltjes uit de val te verdrijven. 9,10 De tweede aanpak die we beschrijven is een periodieke diëlektrische nanostructuren gebruik te verstrooien invallend licht zeer efficiënt in het diffractie-modi, zoals aangegeven in figuur 6 . 11 Idealiter zou een te maken deze structuur uit van een diëlektrisch materiaal om dezelfde warmte problemen met de plasmonische pincet te vermijden, maar in onze aanpak een aluminium gecoate diffractierooster wordt gebruikt als een eendimensionale periodieke diëlektrische nanostructuur. Hoewel het niet een halfgeleider, heeft zij niet ervaren significant verwarming en effectief gevangen kleine deeltjes met een lage intensiteit vangen, zoals weergegeven in figuur 7. Afstemming van de deeltjes met het substraat rooster valideert conceptueel de stelling dat een 2-D fotonisch kristal zou kunnen precieze rotatie van niet-sferische micron deeltjes mogelijk te maken. 10 De efficiëntie van deze optische vallen zijn toegenomen als gevolg van de verhoogde velden geproduceerd door de nanostructuren zoals beschreven in dit papier.

Plasmonische pincet en fotonische kristal nanostructuren worden getoond om nuttige verbeteringen te produceren in de efficiëntie en de oriëntatie controle van optisch trapping micro-en nano-deeltjes.

Gebruik van plasmonische en fotonisch kristal nanostructuren voor Enhanced micro-en nanodeeltjes Manipulatie

Een methode om de positie en oriëntatie van submicrondeeltjes op een niet-destructieve wijze te manipuleren, zou een ongelooflijk nuttig instrument zijn voor fundamenteel biologisch ...

Het algemene doel van deze procedure is om biologische objecten van micronformaat vast te leggen met plasmonische en fotonische kristaltweezers. Dit wordt bereikt door eerst het plasmonische substraat of het fotonische kristalsubstraat te fabriceren. Vervolgens wordt het biologische monster voorbereid door BSA aan de celoplossing toe te voegen en voldoende ruimte te creëren voor de celoplossing onder het bovenste dekglas.Vervolgens wordt de laser uitgelijnd op de microscoop, die is voorzien van het juiste filterschema. De microscoop wordt nu op het monster gefocust en de trapping wordt uitgevoerd. Ten slotte kunnen micro- of nanodeeltjes worden gevangen met een verlaagde invallende intensiteit met behulp van plasmonische of fotonische kristalnanostructuren.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals conventionele optische pincetten, is dat de omzetting van de optische velden via plasmonische en fotonische kristalnanostructuren de intensiteit vermindert die nodig is om kleine deeltjes zoals cellen te vangen; daarnaast is een strak gefocuste straal niet vereist, wat het risico op fotobeschadiging van cellen door blootstelling aan straling verlaagt. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in vele biologische velden, zoals cel-celinteracties en de studie van diverse krachten in de biologie. Het kan ook een nuttig instrument zijn voor fabricage in de micro- en nanotechnologie door het mogelijk maken van precieze manipulatie van micro- en nanodeeltjes. Om een array van goudnanodeeltjes te vormen, wordt goud met een e-beam evaporator op een glazen dekglas verdampt tot een dikte van 20 nanometers, met chroom als adhesielaag.Reinig het monster gedurende ongeveer één minuut met zuurstofplasma om organische onzuiverheden op het oppervlak te verwijderen. Nadat de polystyreenmonolaag is geïnduceerd om zelf te assembleren, wordt de vloeistof op het monster gedruppeld en gegoten, wordt het ongeveer één uur geïncubeerd en vervolgens wordt een groot volume water gebruikt om de niet-geadsorbeerde sferen weg te wassen en aan de lucht te drogen. De monolaag verdampt uiteindelijk een tweede laag goud van 20 nanometer op de latex sfeer, monolaag om een willekeurige array van gouden nanodeeltjes te vormen.De nanodeeltjesmatrix is nu gereed voor het biologische monster. Plaats de voorbereide nanodeeltjesdia op de tafel van een fluorescentiemicroscoop. De volgende stap is het voorbereiden van muiscelkernen voor optische trapping.Begin met muiscelkernen gelabeld met aine orange om te voorkomen dat de kernen aan het substraat hechten. Plaats de celkernen in een klein buisje en voeg 10% BSA in PBS toe bij een concentratie van één op 10 BSA, gemengd door vortexen. Pipetteer vervolgens vijf microliters van de kernen-BSA-oplossing op het geprepareerde objectglas.Om ruimte te creëren tussen de kernen en een dekglas, plaatst u een stapel van twee afstandhouder-dekglasjes rond de druppel en plaatst u vervolgens een ander dekglas erbovenop. Voor het vangen en gelijktijdig afbeelden wordt een aangepaste configuratie van een fluorescentiemicroscoop gebruikt, inclusief een omzeild excitatiefilter en twee aangepaste dichroïsche beamsplitters. De optische pincet zijn geconstrueerd door een heliumneonlaser van 35 milliwatt door een zes axio imager D one M microscoop te sturen, uitgerust met een GFP 17 filterset, die is aangepast om laserstraling van 633 nanometer het monster te laten bereiken.De microscoop zal de laserstraal op het monster focussen, waarna de straal zal worden afgebogen door ofwel het plasmonische nanodeeltjessubstraat of het diffractierooster. Om de celkernen, die ongeveer vijf micron in diameter zijn, in beeld te brengen, gebruikt u een Zeiss LDEC epi plan met een Neola 50 x objectief. Begin met het plaatsen van het monster op het objectief en focus op het vlak met de meeste kernen, aangezien deze op het oppervlak van het substraat liggen.Focus vervolgens de microscoop op een kern om deze te vangen, door vrij zwevende celkernen boven de cellagen op het oppervlak te zoeken. Positioneer daarna de laserstrafspot boven het deeltje. Op dit moment zou het gevangen moeten zijn en zijn positie in de laserspot moeten behouden, zelfs wanneer de tafel wordt bewogen.De muisnuclei die zich in het brandvlak van de microscoop bevinden, zullen waarschijnlijk wegdrijven door een lichte microfluïdische stroom veroorzaakt door opwarming en verdamping van het monster, maar de nuclei in de val zullen op één positie blijven. Deze figuur toont een scanning-elektronenmicroscoopopname van zelfgeassembleerde goudnanodeeltjes met elk een diameter van ongeveer 450 nanometer. Hier is een nearfield scanning optical microscopy-afbeelding van het plasmonische substraat waar de distributie van de nanodeeltjes schaars is, wat de nearfield-straling laat zien.De golflengte van de excitatielaser is 633 nanometer; hier wordt een strooiingsefficiëntiespectrum van het plasmonische substraat getoond met een piek bij 624 nanometer. Een absorptie-efficiëntiespectrum van het plasmonische substraat vertoont een piek bij 668 nanometer. Gouden nanosferen zijn willekeurig verdeeld over een 2D-domein van één bij één vierkant.Micrometers worden hier getoond. Elke blauwe cirkel vertegenwoordigt het centrum van de nanosfeer. In deze panelen worden de veldverdelingen van de verstrooiing getoond op observatievlakken die parallel lopen aan de willekeurige nanosfeer-array.Deze grafieken tonen de minimale laserintensiteiten om de val te handhaven als functie van de stroomsnelheid van de omringende vloeistof. Door gebruik te maken van plasmonische trapping worden alle optische intensiteiten gemeten in het monsterplan onder de microscoopobjectief. Elk paneel toont de meetresultaten voor enkele polystyreenbolletjes met verschillende diameters.De insets tonen de overeenkomstige microscopische beelden van de deeltjes. De schaalbalken in alle afbeeldingen vertegenwoordigen een lengte van vijf micrometer. Hier is de helling van de gefitte lijn door de oorsprong uit de vorige grafieken uitgezet tegen de deeltjesgrootte.Voor plasmonische trapping. De foutenbalken geven de standaarddeviaties van de lineaire fits weer. De resultaten laten zien dat grotere deeltjes een hogere laserintensiteit vereisen om een adequate trapping-stabiliteit te behouden.Dit schema toont de verbeterde optische trapping met behulp van 1D periodieke nanostructuren. De invallende bundel wordt in het verre veld afgebogen door de periodieke nanostructuur. Hier wordt de intensiteitsverdeling van het licht weergegeven met twee orthogonale polarisaties aan het oppervlak van een aluminium rooster.Met een periode van 417 nanometer, verkregen via finite-difference time-domain-simulaties, wordt de distributie genormaliseerd ten opzichte van de intensiteit op een vlak aluminium oppervlak. Deze figuren tonen de vangpotentiaal voor deeltjes direct boven het gradiëntenoppervlak tegenover de locatie van het deeltje. Voor CA 350 nanometer polystyreenkralen en DA één micrometer polystyreenkralen illustreren de witte cirkels de grootte van de deeltjes.Inzetten tonen het vangkader boven een vlak aluminium oppervlak. Voor dezelfde deeltjesgrootte als vergelijkingen. De waarden zijn genormaliseerd voor elke deeltjesgrootte.Voor alle FDTD-simulatiefiguren is het gezichtsveld 10 bij acht micrometers kwadraat. Hier zijn de vangstefficiëntie en de minimale vangstintensiteit weergegeven die zijn gemeten voor polystyreenbolletjes van verschillende groottes, waarbij de straalpolarisatie loodrecht op de graderingslijnen staat. De inzet toont de asymmetrie in de vangstefficiëntie bij het verplaatsen van een polystyreenbolletje van 3,87 micrometer, loodrecht en parallel aan de graderingslijnen.Hier is een schematische weergave van de translationele hoek van het deeltje. Deze inzet toont de versterking versus de translationele richting voor verschillende polarisaties en deeltjesgroottes. De doorgetrokken lijn van de grote asymmetrie wordt verkregen met invallend licht dat loodrecht op de gradiënt is gepolariseerd en de stippellijn.Een kleine asymmetrie wordt verkregen met invallend licht dat parallel aan de gradiënt is gepolariseerd. Deze panelen tonen een demonstratie van het vangen van een fluorescerende polystyreenkraal van 590 nanometer. De rode cirkel geeft de positie van de laserspot aan, aangezien het laserlicht aanvankelijk te zwak was om gezien te worden.Het deeltje wordt bij een hoger vermogen in de spot gevangen. Wanneer het vermogen wordt verlaagd, overwint de brownse beweging van het deeltje de vangkracht, waardoor het deeltje kan ontsnappen. In dit geval was bij een gevangen fluorescente eierstokkanker celkern de minimale intensiteit die nodig was om het vangen te initiëren 16 micro watts per micrometer squared, verkregen met een 20 x objectief.Na het bekijken van deze video heeft u een goed inzicht in hoe u een optische trap met lage intensiteit creëert voor de niet-invasieve manipulatie van biologische specimens op micro- en nanometerschaal met behulp van plasmonische en fotonische kristal-nanogestructureerde substraten.

utilization-plasmonic-photonic-crystal-nanostructures-for-enhanced

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Een eenvoudige, robuuste en schaalbare techniek om functionaliseren en zelf te monteren macroscopische nanodeeltjes-ligand monolaag films op-template gratis substraten wordt beschreven in dit protocol.

Een techniek om functionaliseren en zelf-assembleren Macroscopisch Nanoparticle-ligand Monolayer Films op-Sjabloonloze Substrates

Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van magneto-plasmon nanodeeltjes met een sterk magnetisch moment en een sterke nabij-infrarood (NIR) absorptie. Het protocol omvat ook antilichaam conjugatie aan de nanodeeltjes door de Fc eenheid voor diverse biomedische toepassingen die moleculaire specifieke targeting vereisen.

Synthese van Immunotargeted Magneto-plasmonische Nanoclusters

De schaalbaarheid en resolutie van conventionele optische manipulatietechnieken worden beperkt door diffractie. We omzeilen de diffractielimiet en beschrijven een methode om nanodeeltjes optisch over een chip te transporteren met behulp van een gouden oppervlak voorzien van een pad van nauw geplaatste C-vormige plasmonische resonantors.

Fabricage en exploitatie van een Nano-Optical transportband

Verzadigbare en omgekeerde verzadigingsverstrooiing werden ontdekt in geïsoleerde plasmonische deeltjes en toegepast als een nieuwe niet-blekende contrastmethode in superresolutiemicroscopie. Hier worden de experimentele procedures voor het detecteren en extraheren van niet-lineaire verstrooiing in detail uitgelegd, evenals hoe de resolutie kan worden verbeterd met behulp van verzadigd excimitatiemicroscopie.

Meting van Verstrooiing lineariteiten van een Single Plasmonische Nanodeeltje

We beschrijven de synthese en eigenschappen van multifunctionele Fe2O3-Au nanodeeltjes geproduceerd door een natte chemische benadering en onderzoeken hun fotothermische eigenschappen door middel van laserbestraling. De samengestelde Fe2O3-Au nanodeeltjes behouden de eigenschappen van beide materialen, waardoor een multifunctionele structuur met uitstekende magnetische en plasmonische eigenschappen ontstaat.

Multifunctionele Hybrid Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; Gewerkt -de Au nanopartikels voor Efficient Plasmonische Verwarming

Een protocol voor het colloïdale synthese van zilver nanocubes en de fabricage van plasmonische nanoschaal patch antennes met sub-10 nm gaten wordt gepresenteerd.

Colloïdaal Synthese van Nanopatch Antennes for Applications in Plasmonics en Nanofotonica

Een microchip fabricageproces dat plasmonische pincet opgenomen wordt hier gepresenteerd. De microchip maakt het afbeelden van een gevangen deeltje trapping maximale krachten meten.

Plasmonische Trapping en het vrijkomen van nanodeeltjes in een Monitoring Milieu

Beschrijven we een procedure voor het optisch overvullen van micro-deeltjes in nanoplasmonic optische lattice.

Overlapping van Micro-deeltjes in Nanoplasmonic optische Lattice

We tonen de fabricage van periodieke gouden nanocup arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografische technieken en bespreken het belang van nanoplasmonic films.

Fabricage van periodieke gouden Nanocup Arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografie

Een protocol voor anisotrope foto afzetting van PD op Aqua-Suspended au nano via gelokaliseerde oppervlak Plasmon excitatie wordt gepresenteerd.

Photoafzetting van PD op colloïdaal au nanodeeltjes door oppervlakte Plasmon excitatie

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese van zilver-palladium (Ag-Pd) legering nanodeeltjes (NPs) ondersteund op ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). Dit systeem maakt het mogelijk om energie te oogsten uit zichtbare lichtbestraling om moleculaire transformaties te versnellen en te beheersen. Dit wordt geïllustreerd door nitrobenzeenreductie bij lichte bestraling gekatalyseerd door Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Bereiding van zilver-palladium gelegeerde nanodeeltjes voor plasmonische katalyse onder zichtbare lichtverlichting

Leer plasmonische en fotonisch kristal pincetten voor het vangen van micro- en nanodeeltjes met verminderde laserintensiteit. Deze methode maakt niet-invasieve manipulatie van biologische monsters mogelijk.

Gebruik van plasmonische en fotonisch kristal nanostructuren voor Enhanced micro-en nanodeeltjes Manipulatie

Meer video's verkennen