Name: Optische val Laden van diëlektrische micropartikels in Air (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 57 s
Description: Leer hoe een piëzo-elektrische lanceermethode diëlektrische micropartikels in lucht stabiel kan vangen en landen. Deze techniek maakt herhaalde metingen mogelijk voor oppervlaktechemie-onderzoek.

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

Alle werkzaamheden worden uitgevoerd onder de steun van het National Institute of Standards and Technology. Bepaalde commerciële apparatuur, instrumenten of materialen worden geïdentificeerd om het begrip van dit protocol te bevorderen. Een dergelijke identificatie impliceert geen aanbeveling of goedkeuring door het National Institute of Standards and Technology, noch impliceert het dat de geïdentificeerde materialen of apparatuur noodzakelijkerwijs de beste beschikbare voor het doel zijn.

Let op: Neem contact op met alle relevante veiligheidsprogramma&#39;s voor het experiment. Alle in dit protocol beschreven experimentele procedures worden uitgevoerd in overeenstemming met de NIST veiligheid LASER programma, evenals andere toepasselijke regelgeving. Zorg ervoor dat u te selecteren en te dragen juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM), zoals een bril bescherming laser ontworpen voor de specifieke golflengte en macht. Omgaan met droge nano / micropartikels kunnen extra adembescherming nodig. 1. ontwerp en de fabricage van een PZT Holder en een monster Enclosure <ol><li> Ontwerp een PZT houder en een monster behuizing OPMERKING: Bijzondere ontwerp waarden variëren afhankelijk van de keuze van een PZT. <ol><li> Open de computer-aided design (CAD) software pakket. Teken een tweedimensionale (2D) schets van een houder voor een bepaalde dimensie PZT. Ontwikkel de 2D schets tot volumetrische functies met combinaties van Extrude / Extrude-cut. </li><li> Klik op Sketch,een rechthoek en extruderen aan een rechthoekige kubus te maken. </li><li> Schets een schijf op de bovenkant van de kubus een cirkelvormig verzonken functie te dekken en houd de ring-type PZT definiëren. </li><li> Definieer een centraal gat van een optische toegang van zowel real-time imaging en trapping hebben. </li><li> Definieer een cirkelgeleider langs de rand van de centrale opening een platte metalen (koper) ring om de ultrasone energie naar het middengedeelte gericht plaatst zoals getoond in figuur 2a. </li><li> Maak twee gaten voor bouten M6 op de PZT houder voor assemblage met een bodemplaat (gekocht, 4 mm dikke bodem aluminiumplaat met een gat in het midden), zie figuur 2c en 2d. </li><li> Op soortgelijke wijze ontwerpen van een rechthoekig frame van het monster behuizing. Klik op Sketch, en teken een rechthoek, extrusie van de rechthoek om het een rechthoekige doos te maken. </li><li> Teken een kleinere rechthoek op het bovenoppervlak van de rectangular doos en extrusie-snijd de rechthoek om het te maken als een rechthoekige buis. </li><li> Teken een kleinere rechthoek op de zijwand van de buis en Diepte gesneden om te zetten in het kader van het monster BEHUIZING. </li><li> Converteer deze driedimensionale (3D) modellen in een (STL) stereolithografie file format voor een 3D drukproces (Figuur 2b). </li></ol></li><li> 3D-printen van de ontworpen objecten <ol><li> Open het ontwerp-bestand ( &quot;-.STL&quot;) uit de 3D-operationele printersoftware. Leg het object plat 0 / .en het centrum van het object op (0, 0, 0) door te klikken op het object om het te selecteren en met behulp van de alignment functies: &quot;Move&quot;, &quot;On Platform&quot;, en &quot;Center&quot;. Richt de PZT houder om de delicate functies naar boven wijzen. De verzonken oppervlak zal naar boven worden geconfronteerd. </li><li> In het menu naar het het tabblad &quot;Kwaliteit&quot; &quot;Instellingen&quot; en. Stel de drukkerij waarden als volgt, Infill: 100%, Aantal shells: 2, en Layer hoogte: 0,2mm. </li><li> Een voorbeeld van de objecten om de totale druk te controleren en zorg ervoor dat de gelaagde objecten naar wens worden afgedrukt. Exporteer het 3D-printen bestand in een &quot;.x3g&quot; formaat en op te slaan om te gebruiken in de 3D-printer. </li><li> Zet de 3D-printer en warmdraaien totdat de temperatuur van de extrusiekop een werktemperatuur bereikt, 230 ° C. Laad het ontwerp-bestand van een geheugenkaart of een netwerkschijf. </li><li> Tijdens de warming-up, plaatst u de Build-platform met tape blauw schilder te helpen objecten houden veilig. Als thermoplastisch materiaal voor de afdruktaak, gebruikt een polymelkzuur (PLA) filament voor beide objecten. </li><li> Druk de ontworpen objecten. Zodra de afdruktaak is voltooid, schakelt u de printer nadat het is afgekoeld. </li><li> Maak de gedrukte voorwerp vanaf het platform met behulp van een beitel. Strek de gedrukte voorwerpen. Als de oriëntatie op de juiste wijze wordt gekozen, kan het PZT houder direct worden gebruikt zonder verdere post-processing. </li><li> for het monster omhulling Bereid een paar indiumtinoxide (ITO) beklede dekglaasjes en drie dekglaasjes het beeld beslaan. Gebruik een diamantslijper aan het dekglaasje te passen aan de behuizing. </li><li> Draad de twee parallelle geleidende platen met behulp van een sneldrogende zilveren verf aan de voedingsspanning over twee platen. Lijm deze vijf deuren naar het monster behuizing met behulp van een instant lijm. NB: Een paar ITO beklede dekglaasjes worden op het monster behuizing parallel geïnstalleerd (tegenover elkaar) om uniform elektrisch veld te verschaffen en ballistische beweging van de natuurlijk geladen deeltje langs het elektrisch veld genereren. De drie conventionele dekglaasje betrekking op de rest van monster behuizing oppervlakken (boven- en twee andere zijden) aan de gevangen deeltjes te beschermen tegen de externe luchtstroom </li></ol></li></ol> 2. optische Trap Laden van een geselecteerd microdeeltjes <ol><li> monstervoorbereiding <ol><li> Bewaar de microdeeltjes pervacuüm exsiccator contact met vocht in de lucht voor het experiment te verminderen. </li><li> Giet een klein deel van microdeeltjes op een glasplaatje en meteen de fles van de fabrikant terug in de exsiccator. </li><li> Neem sommige van de microdeeltjes met een glazen capillair. Strooi de deeltjes over het substraat door voorzichtig te tikken op de capillaire terwijl de capillaire over de dekglaasje. </li><li> Controleer de hoeveelheid en de verdeling van afgezette deeltjes op het substraat met een donkerveld microscoop. Opmerking: In de steekproef voorbereiding stap wordt het deeltje enkel verspreid op een dekglaasje en afgebeeld met een optische microscoop om algemene regeling te controleren voordat u deze (een dekglaasje met verspreide microdeeltjes) tussen de PZT en PZT houder. Aangezien het oppervlak hechting is sterk genoeg voor bepaalde microdeeltjes op het substraat te houden, worden de deeltjes stevig gehecht tenzij significante uitwendige kracht wordt uitgeoefend. </li></ol&gt; </li><li> Piëzo-elektrische launcher assemblage <ol><li> Verkrijgen van alle componenten van het piëzo-elektrische launcher: de vlakke bodemplaat, isolatiefilm, de PZT, de glazen dekglaasje, een koperen ring, de PZT houder twee M6 bouten, en het monster behuizing. </li><li> Breng een dun laagje (of tape) op de bodemplaat van de PZT isoleren. De glazen dekglaasje isoleert de bovenkant van de stapel. </li><li> Monteer de stapel door het centreren van de PZT boven de vlakke plaat nu geïsoleerd met tape, gevolgd door het dekglaasje, de koperen ring, en de PZT houder. Schroef de stapel samen handhaven van de centrering van de PZT vermijden kortsluiting de PZT aan de houder wanneer de houder voert zoals in figuur 2c en 2d. De koperen ring zorgt voor een gelijkmatig verdeeld mechanische voorbelasting op de stapel voor plastic PZT houders. </li><li> Tot slot, lijm de steekproef behuizing op de stapel en monteer het geheel op een XYZ translationele stadium van de microscoop. </li></ol></li><li> Configuratie van de PZT launcher LET OP: Rijden met de PZT met een hoog voltage signaal heeft potentieel elektrische gevaren. Neem contact op met de veiligheid van het personeel voor het experiment. Alle elektrische aansluitingen moeten worden vastgezet voor het experiment. Schakel de versterker uit en haal PZT leidt waar mogelijk. <ol><li> Sluit de PZT leidt tot de spanningsversterker en sluit de functiegenerator aan een ingangspoort van de spanningsversterker. </li><li> Schakel de functie generator en configureren om continue vierkante golven te genereren met een uitgangsspanning van 1 V. Laat de spanning signaal genereren totdat alle aansluitingen zijn gecontroleerd en beveiligd. </li><li> Schakel de spanning versterker en het genereren van de blokgolf uitgangsspanning V 1 doordat de uitgang. </li><li> Sluit de controle uitvoerpoort (uitgangsspanning 200 V) van de versterker op een oscilloscoop. Configureren van de versterker winst van 200 V / V hebben door dekrijgen knop op het voorpaneel. Controleer of de controle uitgangsspanning heeft een amplitude van 1V zoals gemeten met de oscilloscoop. </li><li> Zodra de functiegenerator en de versterker geconfigureerd, vindt de resonantiefrequentie van de PZT opstartprogramma scannen van de modulatiefrequentie van het stuursignaal terwijl de real-time video microscoopbeelden gehecht deeltjes. Het scannen herhalen totdat het microdeeltje beweging maximaal. Gebruik deze frequentie (64 kHz hier) om deeltjes vrij te geven. OPMERKING: De modulatiefrequentie is handmatig gewijzigd (gescande) van nul tot 150 kHz aan de resonantiefrequentie vinden. </li><li> Configureer de functiegenerator een blokgolf met een gespecificeerd aantal cycli burstmodus genereren. Druk op de &quot;Burst&quot; knop op het voorpaneel en selecteer &quot;N Cycle Burst&quot;. </li><li> Kies de burst-telling door te drukken &quot;# Cycles&quot; zachte toets en stel de telling tot 10 of 20. </li><li> Configureren het plein golfvorm spanning signalen te generereneen amplitude van 600 V (drie keer de spanning voor de continue bekrachtiging) aan de resonantiefrequentie van 64 kHz is geconstateerd uit de vorige stap. Controleer of de pulserende signaal afgeeft het doel deeltje in een herhaalbare wijze door te zorgen voor deeltjes bewegen na elke puls. </li></ol></li><li> Selectieve optische val loading OPMERKING: De PZT lanceerinrichting is geïnstalleerd op een handmatige lineaire translatie xy fase. De deeltjes kunnen ten opzichte van de vaste focussering worden vertaald in door de translationele fase. <ol><li> Verwijder de laserlijn filter om de focus van de bundel vangen identificeren door rotatie van de carrousel microscoop (Figuur 3a). Verplaats de gemotoriseerde focus blok heen en weer verticaal rond de beste focus van het zichtbare beeld om de focus te optimaliseren. </li><li> Zodra de focus positie wordt gecontroleerd, zet de filter terug naar een duidelijke real-time video te geven, zonder inmenging van de trapping balk. </li><li> Vertalen van het monster aan pkant een geselecteerd deeltje in het brandpunt positie van de trapping laser. Focus op het deeltje naar het middelste beeld van een geselecteerd deeltje, waarbij de nominale vangst positie onder het midden vestigt deeltje ongeveer wordt gehalveerd straal terwijl de levitatie boven het deeltje. </li><li> Pas de voeding aangesloten op de elektro-optische modulator (EOM) driver om de optische trapping vermogen in te stellen. De optimale mate afhangen van de deeltjesgrootte en materiaal. De optische stroom werd gevonden door middel van herhaalde proeven om de kracht voldoende is om het deeltje zweven zonder het uitwerpen van het uit de bundel te bepalen. Hier, gebruik maken van een optisch vermogen van 140 mW aan de achterkant brandvlak van de doelstelling om de vangst van de 20 urn diameter polystyreen (PS) deeltjes. </li><li> Nadat de punt van het geselecteerde deeltje uitgelijnd, drijven de piëzo-manager met meerdere pulsen. De verandering het deeltje afbeelding van een statische gefocusseerd beeld van een bewegend beeld wazig of geeft succesvolle lading tot de levitation positie. </li><li> Vertalen zweven deeltje verticaal ongeveer een millimeter boven het substraat door het bewegen van de objectieflens maximaal mogelijke oppervlakte interacties te voorkomen. Verminderen dan het optische vermogen om de opgetilde deeltje (figuur 3b) in de nominale trapping positie (figuur 3c) overgang die stabieler. OPMERKING: De optische sterkte van opsluiten laser kan worden gemoduleerd door een elektro-optische modulator (EOM). De EOM regelt het uitgangsvermogen met een voorspanning via een digitale voeding geleverd. Men kan de overgang van de levitatie waarnemen te vangen positie door de CCD terwijl de optische sterkte langzaam vermindert. </li><li> Voor de positiemeting, zoals in figuur 3c tot 3d voorzichtig verplaatst het centrum van de PZT houder de optische as en beweeg de objectieflens up (verticaal) op het deeltje te vertalen naar het midden van het monster behuizing (9 mm boven het substrat) wanneer het elektrische veld pony geminimaliseerd. </li><li> Na uitvoering van de meting zoals hieronder beschreven, plaats de deeltjes op het substraat door het bewegen van het doel naar beneden totdat het deeltje raakt het substraat. Aangezien de meeste van de deeltjes aangebracht nabij de hoeken, kan de gevangen deeltjes gemakkelijk worden herkend en opnieuw gevangen wanneer het wordt geplaatst in het centrale gebied. Dit maakt het mogelijk omkeerbare val lading tot veranderingen die zich buiten een enkele vangst, zoals contactgegevens interacties van het deeltje en het substraat te meten. </li></ol></li></ol> 3. Data Acquisition <ol><li> Lijn de condensor en de focus lens met de QPD &quot;SUM&quot; signaal te maximaliseren met een deeltje in de val. </li><li> Lijn de focusseerlens naar nominaal nul de X- en Y kanalen van de QPD, zie figuur 4c. </li><li> Herhaal de aanpassing van de condensor en de focusseerlens tot de Fourier getransformeerde positiesignalen (of vermogensspectrum dichtheid<html> (PSD) percelen) van de X en Y kanalen superponeren evenwichtige gevoeligheid tonen. Scheef QPD signalen (X en Y) blijkt vrijwel identiek gedrag, zie figuur 4b. </li><li> Zodra de QPD uitlijning is gecontroleerd, sluit de spanning versterker naar de twee ITO platen. Sluit de spanningsbewaking uitgangssignaal van de versterker naar de DAQ systeem de stap excitatiesignaal en de geïnduceerde partikeltraject synchroon opnemen. </li><li> Leveren een continue blokgolf van 400 V een elektrisch veld (figuur 4d) die het deeltje dwars op de optische as beweegt door ongeveer 500 nm (figuur 4e) genereren. Meet de stap reactie van de gevangen deeltje met behulp van de QPD. </li><li> Gemiddelde meerdere perioden waarbij de gevolgen van Brownse beweging te verminderen. De geïnduceerde beweging kan worden gebruikt om de optische kracht te meten over een groter bewegingsbereik dan thermische fluctuaties. 12,ef &quot;&gt; 17 Figuur 4d en 4e shows gemiddeld signalen van de toegepaste spanning en de geïnduceerde partikeltraject meer dan 50 herhalingen van stap excitatie. </li></ol>

<ol><li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.24.156">Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 24 (4), 156-159 (1970).</li>
<li>Gieseler, J., Novotny, L., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphys/journal/v9/n12/full/nphys2798.html">Thermal nonlinearities in a nanomechanical oscillator.</a> Nat. Phys. 9 (12), 806-810 (2013).</li>
<li>Gieseler, J., Deutsch, B., Quidant, R., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subkelvin+Parametric+Feedback+Cooling+of+a+Laser-Trapped+Nanoparticle%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Subkelvin Parametric Feedback Cooling of a Laser-Trapped Nanoparticle.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (10), 103603(2012).</li>
<li>Chang, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cavity+opto-mechanics+using+an+optically+levitated+nanosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Cavity opto-mechanics using an optically levitated nanosphere.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 107 (3), 1005-1010 (2010).</li>
<li>Arita, Y., Mazilu, M., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser-induced+rotation+and+cooling+of+a+trapped+microgyroscope+in+vacuum%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Laser-induced rotation and cooling of a trapped microgyroscope in vacuum.</a> Nat. Commun. 4, 2374(2013).</li>
<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+manipulation+of+viruses+and+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria.</a> Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).</li>
<li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+Applications+of+Optical+Forces%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Biophys.+Biomol.+Struct%22%5BJournal%5D)">Biological Applications of Optical Forces.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).</li>
<li>Mehta, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Molecule+Biomechanics+with+Optical+Methods%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Single-Molecule Biomechanics with Optical Methods.</a> Science. 283 (5408), 1689-1695 (1999).</li>
<li>Arvanitaki, A., Geraci, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+High-Frequency+Gravitational+Waves+with+Optically+Levitated+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Detecting High-Frequency Gravitational Waves with Optically Levitated Sensors.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (7), 071105(2013).</li>
<li>Moore, D. C., Rider, A. D., Gratta, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Search+for+Millicharged+Particles+Using+Optically+Levitated+Microspheres%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Search for Millicharged Particles Using Optically Levitated Microspheres.</a> Phys. Rev. Lett. 113 (25), 251801(2014).</li>
<li>Li, T., Kheifets, S., Medellin, D., Raizen, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+instantaneous+velocity+of+a+Brownian+particle%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Measurement of the instantaneous velocity of a Brownian particle.</a> Science. 328 (5986), 1673-1675 (2010).</li>
<li>Park, H., LeBrun, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parametric+Force+Analysis+for+Measurement+of+Arbitrary+Optical+Forces+on+Particles+Trapped+in+Air+or+Vacuum%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photonics%22%5BJournal%5D)">Parametric Force Analysis for Measurement of Arbitrary Optical Forces on Particles Trapped in Air or Vacuum.</a> ACS Photonics. 2 (10), 1451-1459 (2015).</li>
<li>Summers, M. D., Burnham, D. R., McGloin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+solid+aerosols+with+optical+tweezers%3A+A+comparison+between+gas+and+liquid+phase+optical+traps%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Trapping solid aerosols with optical tweezers: A comparison between gas and liquid phase optical traps.</a> Opt. Express. 16 (11), 7739-7747 (2008).</li>
<li>Anand, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+droplet+optical+trap+loading+using+surface+acoustic+wave+nebulization%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Aerosol droplet optical trap loading using surface acoustic wave nebulization.</a> Opt. Express. 21 (25), 30148-30155 (2013).</li>
<li>Lee, W. M., Reece, P. J., Marchington, R. F., Metzger, N. K., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+and+calibration+of+an+optical+trap+on+a+fluorescence+optical+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protoc%22%5BJournal%5D)">Construction and calibration of an optical trap on a fluorescence optical microscope.</a> Nat. Protoc. 2 (12), 3226-3238 (2007).</li>
<li>Pesce, G., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/josab/abstract.cfm?uri=josab-32-5-B84">Step-by-step guide to the realization of advanced optical tweezers.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 32 (5), B84(2015).</li>
<li>Thornton, S. T., Marion, J. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aThornton%2C+ST+%22Classical+Dynamics+of+Particles+and+Systems%22">Classical Dynamics of Particles and Systems</a>. , Brooks/Cole. (2003).</li>
<li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1655064">Stability of optical levitation by radiation pressure.</a> Appl. Phys. Lett. 24 (12), 586-588 (1974).</li>
<li>Chandrasekhar, S. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.15.1">Stochastic Problems in Physics and Astronomy.</a> Rev. Mod. Phys. 15 (1), 1-89 (1943).</li>
<li>Li, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLi%2C+T+%22Fundamental+Tests+of+Physics+with+Optically+Trapped+Microspheres%22">Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microspheres</a>. , New York. 9-21 (2013).</li>
<li>Chai, Z., Liu, Y., Lu, X., He, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reducing+Adhesion+Force+by+Means+of+Atomic+Layer+Deposition+of+ZnO+Films+with+Nanoscale+Surface+Roughness%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Reducing Adhesion Force by Means of Atomic Layer Deposition of ZnO Films with Nanoscale Surface Roughness.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (5), 3325-3330 (2014).</li>
<li>Park, H., LeBrun, T. W. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2501139">Measurement and accumulation of electric charge on a single dielectric particle trapped in air.</a> SPIE OPTO. 9764, (2016).</li>
</ol>

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen te hebben.

De piëzoelektrische launcher is ontworpen om de dynamiek van een geselecteerde PZT optimaliseren. Juiste keuze van materialen PZT en het beheer van ultrasone trillingen zijn de belangrijkste stappen voor een geslaagd experiment verkregen. PZTs hebben verschillende eigenschappen afhankelijk van het type transducer (bulk of gestapelde) en component materiaal (hard of zacht). Een type PZT bulk van een hard piëzo-elektrisch materiaal wordt gekozen om de volgende redenen. Ten eerste, harde piëzo-elektrische materialen hebben...

Ashkin meldde de versnelling en de vangst van microdeeltjes door straling druk in 1970. 1 Zijn roman prestatie bevorderde de ontwikkeling van optische trapping technieken als belangrijkste instrument voor het fundamenteel onderzoek in de fysica en biofysica. 2, 3, 4, 5 Tot op heden heeft de toepassing van optische trapping vooral gericht op vloeibare omgeving, en gebruikt om een uiteenlopende systemen, gaande van het gedrag van colloïden aan de mechanische eigenschappen van enkele biomoleculen. 6, 7, 8 Toepassing optische trapping gasvormige media vereist echter oplossen verscheidene nieuwe technische problemen. Onlangs, optische trapping in de lucht / vacuüm is in toenemende mate toegepast in fundamenteel onderzoek. Aangezien optische levimentatie biedt potentieel bijna-volledige isolatie van een systeem uit de omgeving, de optisch zweven deeltje wordt een ideaal laboratorium voor het bestuderen van quantum grondtoestanden kleine voorwerpen, 4 meten hoogfrequente gravitatiegolven, 9 en het zoeken naar fractionele lading. 10 Bovendien is de lage viscositeit van lucht / vacuüm maakt het mogelijk om inertie om de momentane snelheid van een deeltje 11 Brownse meten en ballistische beweging maken over een breed bereik van beweging voorbij de lineaire veerachtige regime. 12 Daarom, gedetailleerde technische informatie en praktijken voor optische vallen in gasvormige media hebben meer waardevol voor de bredere onderzoeksgemeenschap te worden. Nieuwe experimentele technieken die nodig zijn om nano / micropartikels in optische vallen in gasvormige media te laden. Een piëzo-elektrische omvormer (PZT), een apparaat dat stroom converteertic energie in mechanisch-akoestische energie, is gebruikt om kleine deeltjes te geven in optische vallen in lucht / vacuüm 5, 12 aangezien de eerste demonstratie van optische levitatie. 1 Sindsdien hebben verschillende loading technieken voorgesteld om kleinere deeltjes waarbij vluchtige aërosols die door commerciële vernevelaar 13 of een akoestische golfgenerator laden. 14 De drijvende spuitbussen met vaste insluitsels (deeltjes) willekeurig passeren in de buurt van de focus en worden gevangen door toeval. Zodra de aerosol wordt gevangen, het oplosmiddel verdampt en uit het deeltje blijft het optische val. Echter, deze werkwijzen niet goed geschikt om gewenste deeltjes te identificeren in een monster, een deeltje gekozen laden en veranderingen daarin bij het vrijkomen van de val volgen. Dit protocol is bedoeld om details nieuwe te bieden die op selectieve optische val geladen lucht, waaronder het experimental opstart, vervaardiging van een PZT houder en monster behuizing, val laden en data acquisitie geassocieerd met de analyse van deeltjesbeweging in zowel de frequentie als tijddomeinen. Protocollen voor het vangen in vloeibare media zijn ook gepubliceerd. 15, 16 De totale experimentele opzet is ontwikkeld op commerciële omgekeerde lichtmicroscoop. Figuur 1 toont een schematisch diagram van de spantoestand stappen van de selectieve optische val hoeveelheden te tonen: het vrijmaken van de rustende microdeeltjes, heffen de gekozen deeltje met de gefocusseerde bundel, het meten van de beweging en het opnieuw op het substraat. Eerst, translationele trappen (dwars- en verticale) worden gebruikt om een ​​geselecteerde microdeeltje op het substraat brengen om de focus van een trapping laser (golflengte 1064 nm) gefocusseerd door een objectieflens (nabij-infrarood gecorrigeerde lange werkende doelstelling afstand: NA 0,4, 20X vergroting, werkende distance 20 mm) door het transparante substraat. Vervolgens werd een piezoelektrische launcher (mechanisch pre-loaded ringtype PZT) genereert ultrasone trillingen om de hechting tussen microdeeltjes en een substraat breken. Aldus kan elk deeltje bevrijd door de enkelstraals gradiënt laser controleren gericht op het geselecteerde deeltje worden opgeheven. Zodra het deeltje wordt opgesloten, wordt vertaald naar het midden van het monster behuizing met twee parallelle geleidingsplaten elektrostatische excitatie. Ten slotte is een data acquisitie (DAQ) systeem registreert gelijktijdig de deeltjesbeweging, gevangen door een kwadrant-fotodetector cel (QPD), en het aangelegde elektrische veld. Na de meting, wordt het deeltje regelbaar geplaatst op het substraat nodig om weer op een omkeerbare wijze kan worden opgesloten. Dit hele proces kan worden herhaald honderden keren zonder deeltje verlies voor veranderingen, zoals contact elektrificatie die zich over meerdere trapping cycli te meten. Verwijzen wij u naar onze recent artikel fof details. 12

<table><tbody><tr><td>ScotchBlue Painter's Tape Original</td><td>3M</td><td>3M2090</td><td></td></tr><tr><td>Scotch 810 Magic Tape</td><td>3M</td><td>3M810</td><td></td></tr><tr><td>Function/Arbitrary Waveform generator</td><td>Agilent</td><td>HP33250A</td><td></td></tr><tr><td>Power supply/Digital voltage supplier</td><td>Agilent</td><td>E3634A</td><td></td></tr><tr><td>Ring-type piezoelectric transducer</td><td>American Piezo Company</td><td>item91</td><td></td></tr><tr><td>Electro-optic modulator</td><td>Con-Optics</td><td>350&minus;80-LA</td><td></td></tr><tr><td>Amplifier for Electro-optic modulator</td><td>Con-Optics</td><td>302RM</td><td></td></tr><tr><td>Mitutoyo NIR infinity Corrected Objective</td><td>Edmund optics</td><td>46-404</td><td>Vervaardigd door Mitutoyo en gedistribueerd door Edmund optics</td></tr><tr><td>LOCTITE SUPER GLUE LONGNECK BOTTLE</td><td>Loctite</td><td>230992</td><td></td></tr><tr><td>3D printer</td><td>MakerBot</td><td>Replicator 2</td><td></td></tr><tr><td>Polylactic acid (PLA) filament</td><td>MakerBot</td><td>True Red PLA Small Spool</td><td></td></tr><tr><td>Data Acquisition system</td><td>National Instruments</td><td>780114-01</td><td></td></tr><tr><td>Quadrant-cell photodetector</td><td>Newport</td><td>2031</td><td></td></tr><tr><td>Translational stage</td><td>Newport</td><td>562-XYZ</td><td></td></tr><tr><td>Inverted optical microscope</td><td>Nikon Instruments</td><td>EclipsTE2000</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescence filter (green)</td><td>Nikon Instruments</td><td>G-2B</td><td></td></tr><tr><td>Flea3/CCD camera</td><td>Point Grey</td><td>FL3-U3-13S2M-CS</td><td>Trapping laser</td></tr><tr><td>Diode pumped neodymium yttrium vanadate(Nd:YVO4)</td><td>Spectra Physics</td><td>J20I-8S-12K/ BL-106C</td><td></td></tr><tr><td>Indium tin oxide (ITO) Coated coverslips</td><td>SPI supplies</td><td>06463B-AB</td><td>Polystyreen microdeeltjes</td></tr><tr><td>Fast Drying Silver Paint</td><td>Tedpella</td><td>16040-30</td><td></td></tr><tr><td>Dri-Cal size standards</td><td>Thermo Scientific</td><td>DC-20</td><td></td></tr><tr><td>Optical Fiber</td><td>Thorlabs</td><td>P1&minus;1064PM-FC-5</td><td>bodemplaat</td></tr><tr><td>Aluminium plate&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>CP4S</td><td></td></tr><tr><td>High voltage power amplifier</td><td>TREK</td><td>PZD700A M/S</td><td></td></tr></tbody></table>

optische val laden van diëlektrische micropartikels in air

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstreren een methode om een geselecteerde diëlektrische microdeeltje in de lucht te vangen met behulp van stralingsdruk van een enkelbundelgradiënt optische vangst. Willekeurig verspreide diëlektrische microdeeltjes die aan een glazen substraat zijn gehecht, worden tijdelijk losgemaakt met behulp van ultrasone trillingen die worden gegenereerd door een piëzo-elektrische transducer (PZT). Vervolgens tilt de optische bundel, gefocust op een geselecteerd deeltje, het deeltje op naar de optische vangst, terwijl de vibratiegeïnduceerde microdeeltjes terugvallen naar het substraat. Een deeltje kan worden vastgehouden op de nominale focus van de vangstraal of op een positie boven de focus (hier aangeduid als de levitatieligging) waar de zwaartekracht de herstellende kracht levert. Na de meting kan het vastgehouden deeltje op een gewenste positie op het substraat worden geplaatst op een gecontroleerde manier.
In dit protocol wordt een experimentele procedure voor selectieve optische vangstbelasting in de lucht geschetst. Eerst wordt de experimentele opstelling kort geïntroduceerd. Ten tweede worden het ontwerp en de fabricage van een PZT-houder en een monsterbehuizing gedetailleerd geïllustreerd. Vervolgens wordt de optische vangstbelasting van een geselecteerd microdeeltje gedemonstreerd met stapsgewijze instructies, inclusief monstervoorbereiding, lancering in de vangst en gebruik van elektrostatische kracht om deeltjesbeweging in de vangst te exciteren en lading te meten. Ten slotte presenteren we opgenomen deeltjesbanen van Brownse en ballistische bewegingen van een vastgehouden microdeeltje in de lucht. Deze banen kunnen worden gebruikt om stijfheid te meten of om optische uitlijning te verifiëren door tijdsdomein- en frequentiedomeinanalyse. Selectieve vangstbelasting maakt het mogelijk voor optische pincetten om een ​​deeltje en zijn veranderingen te volgen over herhaalde vangstbelastingen op een omkeerbare manier, waardoor studies van deeltjes-oppervlakte-interactie worden mogelijk gemaakt.

De PZT launcher is ontworpen met behulp van een CAD-software pakket. Hier gebruiken we een eenvoudige sandwichstructuur de voorspaninrichting (a PZT geklemd met twee platen), zoals getoond in figuur 2. De PZT houder en het monster behuizing kan worden vervaardigd uit verschillende materialen en methoden. Voor een snelle demonstratie, we kiezen voor 3D printen met thermoplastische zoals weergegeven in figuur 2d. Op basis van de vervaardigde onderdelen, wo...

Een protocol voor het lanceren en stabiel vasthouden van geselecteerde diëlektrische microdeeltjes in de lucht wordt gepresenteerd.

Optische val Laden van diëlektrische micropartikels in Air

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

Het doel van dit videoprotocol is om te demonstreren hoe een piëzo-elektrische lanceerder wordt geconstrueerd en gebruikt om de hechting van deeltjes te overwinnen en het vrijkomen van deeltjes van het substraat te vergemakkelijken om micro-deeltjevloting in lucht te bereiken. Het voordeel van lanceren vanaf een oppervlak is dat het deeltje kan worden geselecteerd op basis van grootte, vorm, optische eigenschappen of oriëntatie. Dit laatste kan nuttig zijn voor het vangen van asymmetrische deeltjes.Herhaaldelijk vangen en landen van deeltjes kan een nieuw hulpmiddel bieden om vragen in de oppervlaktechemie te bestuderen, zoals geladen overdracht tijdens de herhaalde interactie van het deeltje. Het terugbrengen van het deeltje naar het oppervlak maakt ook volgende metingen van hetzelfde deeltje mogelijk met andere methoden, zoals rasterelektronenmicroscopie, en maakt ook herhaalde cycli van vangen en landen mogelijk. Eerst 3D print u een rechthoekige frame in een houder voor piëzo-elektrische transducer.Pas de smalle zijden van de frame aan met indium tin oxide gecoat glas, en de brede zijden en bovenzijde met conventioneel glas om de transparante monsterbehuizing te construeren. Giet vervolgens een kleine portie van 20 micrometer diameter diëlektrische micro-deeltjes op een glasplaat. Breng de container onmiddellijk terug naar een droogkast.Gebruik een glazen capillaire buis om enkele van de micro-deeltjes van de schuif op te halen. Verspreid de deeltjes op een dekglas door voorzichtig op de capillaire buis te tikken. Gebruik een microscoop om de hoeveelheid en verdeling van de verspreide micro-deeltjes op het substraat te verifiëren.Begin vervolgens met de assemblage van de piëzo-lanceerder door isolerende film aan te brengen op een aluminium plaat. Plaats een ringvormige piëzo-elektrische transducer in het midden van de plaat, zorg ervoor dat deze door de isolerende film van de plaat wordt gescheiden. Plaats het dekglas met verspreide micro-deeltjes op de transducer en klik een koper ring in de 3D gedrukte houder.Bevestig de transducer op zijn plaats op de plaat met de 3D gedrukte houder en twee M6 schroeven. Lijm de monstersbehuizing lichtjes op de houder met instantlijm. Monteer de voltooide lanceerder-assemblage op een XYZ translationele fase van een omgekeerde optische microscoop.Verbind de piëzo-elektrische transduceraansluitingen met de spanningsversterker, en de versterker met de functiegenerator, zorg ervoor dat alle verbindingen veilig en goed geaard zijn. Verbind de monitoringuitgangspoort van de versterker met een oscilloscoop om het spanningsignaal van de transducer te monitoren. Configureer de functiegenerator om een continue vierkante golf van nul tot één volt naar de versterker te sturen.Stel de versterkerversterking in op 200 volt per volt. Stel de microscoop in om de micro-deeltjes in real-time te beeld. Scan vervolgens handmatig de modulatiefrequentie van het aandrijf signaal van 0 tot 150 kilohertz terwijl u de beweging van het micro-deeltje bewaakt.De piëzo-assemblage is ontworpen om mechanische voorspanning op de transducer toe te passen, om de resonantie-amplitude te versterken en falen te verminderen. Frequenties kunnen helpen om de resonantiefrequentie van de transducer te bepalen door het deeltje op het oppervlak te monitoren. De frequentie waarbij de micro-deeltjebeweging wordt gemaximaliseerd zonder aanhechtende deeltjes is de lanceerder resonantiefrequentie.Herhaal de scan indien nodig bij lagere spanningen om de resonantiefrequentie nauwkeurig te bepalen. Stel de golfvorm in om een spanningssignaal bij de resonantiefrequentie te genereren met een amplitude van 600 volt. Configureer de functiegenerator voor een vierkante golf met 10 tot 20 cycli in burstmodus.Controleer of de deeltjes na elke puls worden vrijgegeven. Als de deeltjes niet worden vrijgegeven, verhoog de amplitude of het aantal cycli. Verwijder de lasergelijnde filter van de microscoop om de focus van de vangbeem op de CCD te lokaliseren.Optimaliseer de focus door de verticale positie van de gemotoriseerde focusblok aan te passen. Plaats de filter terug en verplaats het monster zodat een geselecteerd deeltje op de focuspositie van de vangbeem staat. Focus op het deeltje om het deeltjecentrum te beeld.Activeer de piëzo-lanceerder met verschillende spanningspulsen om het deeltje te lanceren, pas indien nodig de voeding van de elektro-objectmodulator aan. Wanneer het deeltje lichtjes wazig wordt en begint met Brownse beweging, is er vangen opgetreden. De focus van de vangbeem is cruciaal voor succesvolle lading van de val.Het plaatsen van de pin-focus enkele micron onder het monstervlak helpt om de vangnefficiëntie te verhogen. Als het deeltje slechts lichtjes beweegt en op het substraat in focus blijft, verhoog de vangkracht. Als het deeltje naar een nieuwe locatie op het oppervlak vliegt, verlaag de kracht.Zodra het deeltje succesvol is geladen, verplaats de objectieflens omhoog om het vlottende deeltje ongeveer een millimeter boven het glazen dekglas te verplaatsen om interacties met het oppervlak te vermijden. Verlaag vervolgens de optische kracht om het vlottende deeltje in de stabielere nominale vangbempositie te verplaatsen. Verplaats de lanceerder zodat de transducer-houder gecentreerd is op de optische as.Verplaats de objectieflens om het deeltje verticaal hoger in de monstersbehuizing te vertalen. Om de metingen te beginnen, pas de condensator en focuslens aan totdat de vermogensspectrumdichtheidsplots van de X- en Y-kanalen goed overeenkomen. Verbind vervolgens een hoogspanningsbron met de monstersbehuizing.Om de valeigenschappen en deeltjeslading te meten, breng een elektrostatisch veld aan om ballistische beweging van het deeltje te genereren. Neem het stapsgewijze excitatiesignaal op in de geïnduceerde deeltjesbaan. Gemiddel de gegevens voor meerdere perioden indien nodig om de effecten van Brownse beweging te verminderen.Na het uitvoeren van de meting, verplaats de objectieflens omlaag om het deeltje op het centrum van het glazen dekglas te positioneren, om het gescheiden te houden van de andere deeltjes. De piëzo-lanceerderassemblage bestaat uit een transparante behuizing om het vlottende deeltje te beschermen tegen lucht

optical-trap-loading-of-dielectric-microparticles-in-air

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

In dit artikel presenteren we een microfluïdisch-gebaseerde methode voor deeltjesfysica opsluiting op basis van hydrodynamische stroming. Tonen we stabiel deeltje trapping in op een vloeiende stagnatie punt met behulp van een feedback control mechanisme, waardoor opsluiting en micromanipulatie van willekeurige deeltjes in een geïntegreerde microdevice.

Een Microfluïdische-gebaseerde Hydrodynamische Trap voor Single Particles

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

De volgende setup aanpak gegevens low power optische vangen van diëlektrische nanodeeltjes door middel van een dubbel-nanohole in metaal film.

Optische overvullen van nanodeeltjes

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

Dit protocol maakt gebruik van een optisch pincet met dubbele val om de krachten tussen de druppels in realtime te meten tijdens de enzymatische vertering van emulsies. Het vergemakkelijkt de studie van de stabiliteit van de emulsie en de druppeldynamiek, met toepassingen in de voedingswetenschap en de farmaceutische industrie.

Real-time krachtmeting tussen emulsiedruppels tijdens enzymatische afbraak

Dit artikel beschrijft de experimentele methode om langdurige stabiele vangst en nauwkeurige positionering van grote metaaldeeltjes in de lucht te bereiken met behulp van een dynamische, bootvormige fotoforetische val. Dit systeem maakt gecontroleerde manipulatie mogelijk die geschikt is voor studies naar plasmonische interacties.

Optisch grote metalen deeltjes in de lucht opvangen met een &#39;boot&#39;-val met direct getrokken zijwanden

Een protocol op te bouwen en te testen knoopcellen van lithium-ion batterijen wordt beschreven. De specifieke procedures maken van een werkzame elektrode, aan een tegenelektrode, het samenstellen van een cel in een handschoenkast en testen van de cel worden aangebracht.

Bouw en testen van Coin Cellen van Lithium Ion batterijen

Een protocol wordt voorgesteld om multi-elektron metaal / lucht batterij systemen te bestuderen met behulp van eerdere technologie ontwikkeld voor de zink / lucht cel. Elektrochemische testen wordt dan uitgevoerd op vervaardigde batterijen de prestatie.

Fabricatie van VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Cellen voor elektrochemische testen

Horizontale en verticale elektrohydrodynamische vloeibare bruggen zijn eenvoudige en krachtige tools voor het verkennen van de interactie van hoge intensiteit elektrische velden en polaire diëlektrische vloeistoffen. De bouw van de basis apparatuur en operationele voorbeelden, zoals thermografische beelden, voor drie vloeistoffen (bijvoorbeeld water, DMSO en glycerol) wordt gepresenteerd.

De voorbereiding van elektrohydrodynamische Bruggen van Polar diëlektrische vloeistoffen

Leer hoe een piëzo-elektrische lanceermethode diëlektrische micropartikels in lucht stabiel kan vangen en landen. Deze techniek maakt herhaalde metingen mogelijk voor oppervlaktechemie-onderzoek.

Optische val Laden van diëlektrische micropartikels in Air

Meer video's verkennen