Name: Produkcja i eksploatacja nanooptycznego przenośnika taśmowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-08-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 10 s
Description: Naucz się produkcji i eksploatacji nanooptycznego przenośnika taśmowego do precyzyjnego transportu nanocząstek dielektrycznych. Ta metoda wykorzystuje rezonatory plazmoniczne i pole bliskie do manipulacji optycznej z wysoką rozdzielczością.

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

Autorzy chcieliby podziękować profesorowi Yuzuru Takashimie z University of Arizona za dyskusje na temat obrazowania optycznego, panu Karlowi Urbankowi za pomoc przy laserach o dużej mocy oraz Maxowi Yuenowi za dyskusję na temat ruchów Browna. Autorzy przesyłają dalsze podziękowania profesorowi Kennethowi Crozierowi z Uniwersytetu Harvarda za pomocne dyskusje na temat eksperymentów z pułapkami optycznymi. Finansowanie zostało częściowo zapewnione przez Narodową Fundację Nauki Stanów Zjednoczonych (nagroda numer 1028372).

<ol><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M. <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>Neuman, K., Block, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 75 (9), 2787-2809 (2004).</li>
<li>Fazal, F. M., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Tweezers+Study+Life+Under+Tension%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Optical Tweezers Study Life Under Tension.</a> Nat. Photonics. 5 (6), 318-321 (2011).</li>
<li>Bockelmann, U., Thomen, P., Essevaz-Roulet, B., Viasnoff, V., Heslot, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unzipping+DNA+with+Optical+Tweezers%3A+High+Sequence+Sensitivity+and+Force+Flips%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Unzipping DNA with Optical Tweezers: High Sequence Sensitivity and Force Flips.</a> Biophys. J. 82 (3), 1537-1553 (2002).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping+of+Single+Protein%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping of Single Protein.</a> Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).</li>
<li>Dholakia, K., Čizm̌aŕ, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shaping+the+Future+of+Manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Shaping the Future of Manipulation.</a> Nat. Photonics. 5 (6), 335-342 (2011).</li>
<li>Grier, D. G., Roichman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holographic+Optical+Trapping%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Holographic Optical Trapping.</a> Appl. Opt. 45 (5), 880-887 (2006).</li>
<li>Korda, P. T., Taylor, M. B., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetically+Locked-in+Colloidal+Transport+in+an+Array+of+Optical+Tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Kinetically Locked-in Colloidal Transport in an Array of Optical Tweezers.</a> Phys. Rev. Lett. 89 (12), 128301(2002).</li>
<li>Pelton, M., Ladavac, K., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+Fractionation+in+Periodic+Potential-energy+Landscapes%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Transport and Fractionation in Periodic Potential-energy Landscapes.</a> Phys. Rev. E. 70 (3), 031108(2004).</li>
<li>Eriksson, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Microfluidic+System+in+Combination+with+Optical+Tweezers+for+Analyzing+Rapid+and+Reversible+Cytological+Alterations+in+Single+Cells+upon+Environmental+Changes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A Microfluidic System in Combination with Optical Tweezers for Analyzing Rapid and Reversible Cytological Alterations in Single Cells upon Environmental Changes.</a> Lab Chip. 7 (1), 71-76 (2007).</li>
<li>Applegate, R. W., Squier, J., Vestad, T., Oakey, J., Marr, D. W. M. Optical Trapping, Manipulation, and Sorting of Cells and Colloids in Microfluidic Systems with Diode Laser. 12 (19), 4390-4398 (2004).</li>
<li>MacDonald, G. C., Spalding, G. C., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Sorting+in+an+Optical+Lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Sorting in an Optical Lattice.</a> Nature. 426 (6965), 421-424 (2003).</li>
<li>Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+Control+of+Microfluidic+Components+using+Form%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">All-optical Control of Microfluidic Components using Form.</a> Nat. Mater. 4 (7), 530-533 (2005).</li>
<li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmon+Nano-optical+Tweezers.+%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Plasmon Nano-optical Tweezers. </a> Nat. Photonics. 5 (6), 349-356 (2011).</li>
<li>Kwak, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Trapping+with+Integrated+Near-Field+Apertures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Optical Trapping with Integrated Near-Field Apertures.</a> J. Phys. Chem. B. 108 (36), 13607-13612 (2004).</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+%22Nat.+Phys%22%5BJournal%5D)">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nat. Phys. 3 (7), 477-480 (2007).</li>
<li>Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+Sensing+10+nm+Metal+Nanoparticles+using+Plasmonic+Dipole+Antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Trapping and Sensing 10 nm Metal Nanoparticles using Plasmonic Dipole Antennas.</a> Nano Lett. 10 (3), 1006-1011 (2010).</li>
<li>Wang, K., Schonbrun, E., Steinvurzel, P., Crozier, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+Rotating+Nanoparticles+using+a+Plasmonic+Nano-tweezer+with+an+Integrated+Heat+Sink%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Trapping and Rotating Nanoparticles using a Plasmonic Nano-tweezer with an Integrated Heat Sink.</a> Nat. Commun. 2, 469(2011).</li>
<li>Shi, X., Hesselink, L., Thornton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh+Light+Trans-+mission+through+a+C-shaped+Nanoaperture%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh Light Trans- mission through a C-shaped Nanoaperture.</a> Opt. Lett. 28 (15), 1320-1322 (2003).</li>
<li>Chen, K., Lee, A., Hung, C., Huang, J., Yang, Y. <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., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sorting+Nanoparticles+with+Intertwined+Plasmonic+and+Thermo-Hydrodynamical+Forces%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Sorting Nanoparticles with Intertwined Plasmonic and Thermo-Hydrodynamical Forces.</a> Nano Lett. 13, 4230-4235 (2013).</li>
<li>Hansen, P., Zheng, Y., Ryan, J., Hesselink, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-Optical+Conveyor+Belt%2C+Part+I%3A+Theory%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-Optical Conveyor Belt, Part I: Theory.</a> Nano Lett. 14, 2965-2970 (2014).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-Optical+Conveyor+Belt%2C+Part+II%3A+Demonstration+of+Handoff+Between+Near-Field+Optical+Traps%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-Optical Conveyor Belt, Part II: Demonstration of Handoff Between Near-Field Optical Traps.</a> Nano Lett. 14, 2971-2976 (2014).</li>
<li>Vogel, N., Zieleniecki, J., Koper, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((As+flat+as+it+gets%3A+Ultrasmooth+Surfaces+from+Template-stripping+Procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">As flat as it gets: Ultrasmooth Surfaces from Template-stripping Procedures.</a> Nanoscale. 4 (13), 3820-3832 (2012).</li>
<li>Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafine+and+Smooth+Full+Metal+Nanostructures+for+Plasmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultrafine and Smooth Full Metal Nanostructures for Plasmonics.</a> Adv. Mater. 22 (39), 4345-4349 (2010).</li>
<li>Kaleli, B., et al. Electron Beam Lithography of HSQ and PMMA Resists and Importance of their Properties to Link the Nano World to the Micro World. STW.ICT Conf, , 105-108 (2010).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

NOCB łączy w sobie silne siły pułapki i małe rozmiary pułapek stosowane w podejściach plazmonicznych ze zdolnością do transportu cząstek, która od dawna jest dostępna tylko w konwencjonalnych technikach skupionej wiązki. Unikalne dla NOCB właściwości systemu w zakresie wychwytywania i transportu wynikają z kształtowania powierzchni, a nie z kształtowania wiązki świetlnej. Pod warunkiem, że oświetlenie jest wystarczająco jasne, a jego polaryzacja lub długość fali mogą być modulowane, cząstki mogą być zatrzymywane lub prze...

Wychwytywanie, przesłuchiwanie i manipulowanie pojedynczymi nanocząstkami nabiera coraz większego znaczenia w nanotechnologii. Pęseta optyczna stała się szczególnie skuteczną techniką manipulacji w eksperymentach z zakresu biologii molekularnej1-4, chemii5-7 i nanomontażu7-10, gdzie umożliwiła przełomowe eksperymenty, takie jak pomiar właściwości mechanicznych pojedynczych cząsteczekDNA4 i sortowanie komórek według ich właściwości optycznych11,12. Odkrycia na tych granicach otwierają badania nad jeszcze mniejszymi systemami i torują drogę do inżynierii nowych, praktycznie korzystnych produktów i technik. Z kolei ten trend napędza potrzebę nowych technik manipulowania mniejszymi, bardziej prymitywnymi cząstkami. Ponadto istnieje nacisk na tworzenie urządzeń typu "lab-on-a-chip", które będą wykonywać te funkcje taniej i w mniejszym opakowaniu, aby umożliwić przeprowadzanie testów chemicznych i biologicznych poza laboratorium i wprowadzanie ich w teren do celów medycznych i innych13,14.
Niestety, konwencjonalne pułapkowanie optyczne (COT) nie jest w stanie sprostać wszystkim rosnącym wymaganiom nanotechnologii. COT działa w oparciu o mechanizm wykorzystujący soczewkę obiektywową o wysokiej aperturze numerycznej (NA) do skierowania światła laserowego do ciasnej ostrości, tworząc zlokalizowany szczyt intensywności optycznej i wysokie gradienty energii pola elektromagnetycznego. Te gradienty gęstości energii wywierają siłę wypadkową na cząstki rozpraszające światło, co na ogół przyciąga je w kierunku środka ogniska. Wychwytywanie mniejszych cząstek wymaga większej mocy optycznej lub ściślejszego skupienia. Jednak skupione wiązki światła są zgodne z zasadą dyfrakcji, która ogranicza minimalny rozmiar ogniska i wyznacza górną granicę gradientu gęstości energii. Ma to dwie bezpośrednie konsekwencje: COT nie jest w stanie skutecznie uwięzić małych obiektów, a COT ma problemy z rozróżnieniem blisko rozmieszczonych cząstek, co jest ograniczeniem rozdzielczości wychwytywania znanym jako problem "grubych palców". Ponadto implementacja wychwytywania wielu cząstek za pomocą COT wymaga systemów optyki sterujących wiązką lub przestrzennych modulatorów światła, komponentów, które drastycznie zwiększają koszt i złożoność systemu pułapki optycznej.
Jednym ze sposobów na obejście podstawowych ograniczeń konwencjonalnych skupionych wiązek światła, o których mówi się, że rozchodzą się w dalekim polu, jest wykorzystanie gradientów optycznej energii elektromagnetycznej w bliskim polu. Bliskie pole rozpada się wykładniczo z dala od źródeł pól elektromagnetycznych, co oznacza, że nie tylko jest silnie zlokalizowane w stosunku do tych źródeł, ale także wykazuje bardzo wysokie gradienty gęstości energii. Wykazano, że bliskie pola rezonatorów nanometalicznych, takich jak otwory w muszce, nano filary i grawerunki w kształcie litery C, wykazują niezwykłą koncentrację energii elektromagnetycznej, dodatkowo wzmocnioną przez plazmoniczne działanie złota i srebra w bliskiej podczerwieni i optyce. Rezonatory te zostały wykorzystane do wychwytywania bardzo małych cząstek z wysoką wydajnością i rozdzielczością15-22. Chociaż technika ta okazała się skuteczna w wychwytywaniu małych cząstek, okazało się również, że jej zdolność do transportu cząstek na znaczne odległości, co jest konieczne, jeśli systemy bliskiego pola mają łączyć się z systemami dalekiego pola lub mikroprzepływami.
Ostatnio nasza grupa zaproponowała rozwiązanie tego problemu. Gdy rezonatory są umieszczone bardzo blisko siebie, cząstka może w zasadzie migrować z jednej pułapki optycznej bliskiego pola do drugiej, nie będąc uwalnianą z powierzchni. Kierunek transportu można określić, jeśli sąsiednie pułapki można włączać i wyłączać oddzielnie. Liniowy układ trzech lub więcej adresowalnych rezonatorów, w którym każdy rezonator jest wrażliwy na polaryzację lub długość fali światła inną niż jego sąsiedzi, działa jak optyczny przenośnik taśmowy, transportując nanocząstki na odległość kilku mikronów na chipie.
Tak zwany 'Nano-Optyczny Przenośnik Taśmowy' (NOCB) jest unikalny wśród schematów pułapkowania rezonatorów plazmonicznych, ponieważ nie tylko może utrzymywać cząstki w miejscu, ale może również przemieszczać je z dużą prędkością wzdłuż wzorzystych torów, zbierać lub rozpraszać cząstki, mieszać je i kolejkować, a nawet sortować według właściwości, takich jak ich mobilność23. Wszystkie te funkcje są kontrolowane poprzez modulację polaryzacji lub długości fali oświetlenia, bez potrzeby stosowania optyki sterującej wiązką. Jako pułapka optyczna bliskiego pola, rozdzielczość pułapki NOCB jest wyższa niż w przypadku konwencjonalnych pułapek optycznych ze skupioną wiązką, dzięki czemu może rozróżniać cząstki znajdujące się w bliskiej odległości; ponieważ wykorzystuje metalową nanostrukturę do koncentracji światła w studni pułapkowej, jest energooszczędny i nie wymaga drogich komponentów optycznych, takich jak obiektyw o wysokim współczynniku nanoaści. Co więcej, wiele NOCB może pracować równolegle, przy dużej gęstości upakowania, na tym samym podłożu, a 1 W mocy może napędzać ponad 1200 otworów23.
Niedawno zademonstrowaliśmy pierwszy sterowany polaryzacją NOCB, płynnie napędzający nanocząstkę tam i z powrotem wzdłuż ścieżki 4,5 μm24. W tym artykule przedstawiamy kroki niezbędne do zaprojektowania i wytworzenia urządzenia, jego optycznej aktywacji oraz odtworzenia eksperymentu transportowego. Mamy nadzieję, że szersze udostępnienie tej techniki pomoże wypełnić lukę w rozmiarach między mikrofluidyką, optyką dalekiego pola oraz urządzeniami i eksperymentami w nanoskali.

<table><tbody><tr><td>Odporność na wiązkę elektroniczną HSQ</td><td>Dow Corning</td><td>XR-1541-006</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>MicroChem</td><td>950A2 M230002</td><td></td></tr><tr><td>Szybkoutwardzalny klej optyczny</td><td>Norland Klej optyczny</td><td>NOA 81</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescencyjne mikrosfery karboksylowe</td><td>Bangs Laboratories</td><td>FC02F, FC03F</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescencyjne mikrosfery modyfikowane karboksylanem Sondy</td><td>molekularne</td><td>F-8888</td><td></td></tr><tr><td>Zjeżdżalnia kwarcowa</td><td>SPI Supplies</td><td>1020-AB</td><td></td></tr><tr><td>Odwrócony mikroskop fluorescencyjny</td><td>Nikon</td><td>ECLIPSE TE2000-U</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG laser</td><td>Lightwave Electronics</td><td>221-HD-V04</td><td></td></tr><tr><td>kamera sCMOS</td><td>Kamera CCD PCO</td><td>EDGE55</td><td></td></tr><tr><td>Watec</td><td></td><td>WAT-120N</td><td></td></tr><tr><td>Płyta półfalowa zerowego rzędu</td><td>Thorlabs</td><td>WPH05M-1064</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>Woda destylowana</td><td>Invitrogen</td><td>10977-023</td><td></td></tr><tr><td>Si Wafer</td><td>Silicon Quest International</td><td>708069</td><td></td></tr><tr><td>Soczewki optyczne</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

produkcja i eksploatacja nanooptycznego przenośnika taśmowego

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

Technika wykorzystania skupionych wiązek laserowych do uwięzienia i wywierania sił na małe cząstki umożliwiła wiele kluczowych odkryć w nanoskalowych naukach biologicznych i fizycznych w ciągu ostatnich kilku dekad. Postęp poczyniony w tej dziedzinie zachęca do dalszych badań nad jeszcze mniejszymi systemami i na większą skalę, z wykorzystaniem narzędzi, które mogłyby być łatwiej dystrybuowane i szerzej dostępne. Niestety, podstawowe prawa dyfrakcji ograniczają minimalny rozmiar ogniska wiązki laserowej, co sprawia, że cząstki o średnicy mniejszej niż połowa długości fali są trudne do uchwycenia i generalnie uniemożliwiają operatorowi rozróżnienie cząstek, które są bliżej siebie niż połowa długości fali. Wyklucza to optyczną manipulację wieloma blisko rozmieszczonymi nanocząstkami i ogranicza rozdzielczość układów optyczno-mechanicznych. Ponadto manipulacja za pomocą skupionych wiązek wymaga układu optycznego kształtującego wiązkę lub sterującego, co może być bardzo nieporęczne i kosztowne. Aby rozwiązać te problemy związane ze skalowalnością systemu konwencjonalnego pułapkowania optycznego, nasze laboratorium opracowało alternatywną technikę, która wykorzystuje optykę bliskiego pola do przemieszczania cząstek po chipie. Zamiast skupiać wiązki laserowe w dalekim polu, bliskie pole optyczne rezonatorów plazmonicznych wytwarza niezbędne lokalne wzmocnienie intensywności optycznej, aby przezwyciężyć ograniczenia dyfrakcji i manipulować cząstkami w wyższej rozdzielczości. Blisko rozmieszczone rezonatory wytwarzają silne pułapki optyczne, które można zaadresować tak, aby pośredniczyły w przekazywaniu cząstek z jednego do drugiego w sposób podobny do przenośnika taśmowego. W tym miejscu opisujemy, jak zaprojektować i wyprodukować przenośnik taśmowy przy użyciu złotej powierzchni z plazmonicznymi rezonatorami w kształcie litery C oraz jak obsługiwać go za pomocą spolaryzowanego światła laserowego, aby uzyskać manipulację i transport nanocząstek o superrozdzielczości. Nanooptyczny chip przenośnika taśmowego może być wytwarzany przy użyciu technik litograficznych i łatwo pakowany i dystrybuowany.

Rysunek 7 przedstawia gotowe urządzenie. W centrum złotej powierzchni o wymiarach 1 cm x 1 cm znajduje się matryca wzorów CSE i transportowych, która jest ledwo widoczna pod kątem. Rysunek 6 przedstawia obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego przykładu wzoru CSE na gotowym urządzeniu.
Ruch cząsteczki polistyrenowego koralika o średnicy 390 nm przemieszczającego się wzdłuż nanooptycznego przenośnika o długości 5 µm przedstawiono na Rysunku 9</st...

Skalowalność i rozdzielczość konwencjonalnych technik manipulacji optycznej są ograniczone przez dyfrakcję. Obchodzimy granicę dyfrakcji i opisujemy metodę optycznego transportu nanocząstek przez chip za pomocą złotej powierzchni z wzorem ścieżki blisko rozmieszczonych rezonatorów plazmonicznych w kształcie litery C.

Produkcja i eksploatacja nanooptycznego przenośnika taśmowego

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest transport submikronowych cząstek dielektrycznych przy użyciu optycznego pola bliskiego liniowej macierzy adresowalnych rezonatorów plazmonicznych, znanej również jako nanooptyczny pas transmisyjny. Jest to realizowane poprzez zaprojektowanie pasa transmisyjnego w oprogramowaniu w celu zapewnienia skutecznego transportu wzdłuż pożądanego toru. W drugim kroku pas transmisyjny jest wytwarzany przy użyciu procesu litografii wiązką elektronów oraz techniki usuwania szablonu (template stripping).Następnie, za pomocą lasera, uwięź próbkę na końcu pasa transmisyjnego i obróć płytkę półfalową na drodze wiązki, aby wywołać transport cząstki. Wyniki wykazują liniowy transport w poprzek szerokości wiązki laserowej w zależności od obrotu kąta polaryzacji, a nie poprzez jakąkolwiek zmianę profilu natężenia wiązki. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z konwencjonalnymi pęsetami optycznymi jest to, że charakterystyka transportu i rozdzielczość zależą od struktur wykonanych metodą litografii, a nie od sterowania wiązką.Tę technikę można zastosować w analizach biologicznych na chipie oraz w produkcji w nanoskali. Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy

fabrication-and-operation-of-a-nano-optical-conveyor-belt

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Bezpośredni zapis laserem femtosekundowym jest często wykorzystywany do tworzenia trójwymiarowych (3D) wzorów w polimerach i szkle. Jednakże formowanie metali w 3D wciąż stanowi wyzwanie. Opisujemy metodę wytwarzania nanostruktur srebrnych osadzonych w matrycy polimerowej przy użyciu lasera femtosekundowego o długości fali 800 nm.

Metoda wytwarzania rozłącznych nanostruktur srebrowych w 3D

Poniższe podejście do konfiguracji szczegółowo opisuje pułapkowanie optyczne nanocząstek dielektrycznych o niskiej mocy z wykorzystaniem podwójnego nanootworu w cienkiej warstwie metalu.

Optyczne pułapkowanie nanocząsteczek

Opisujemy eksperymentalną metodę osadzania cienkich warstw nanostrukturalnych tlenków za pomocą nanosekundowego pulsacyjnego osadzania laserowego (PLD) w obecności gazu tła. Dzięki tej metodzie można osadzać warstwy ZnO domieszkowane Alem (AZO), od zwartych po hierarchicznie ustrukturyzowane jak lasy nanodrzew.

Wytwarzanie nanoinżynieryjnych przezroczystych przewodzących tlenków za pomocą pulsacyjnego osadzania laserowego

Referencyjna technika interferometryczna, która ma na celu usuwanie niepożądanych zakłóceń laserowych dla nanodetekcji, jest wykorzystywana do sondowania mikrownęk czynnikowych o ultra wysokiej jakości. Instrukcje dotyczące montażu, konfiguracji i pozyskiwania danych są dostarczane wraz z procesem pomiaru w celu określenia współczynnika jakości gniazda.

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Przedstawiamy protokół łączący metrologię atomową Skaningowego Mikroskopu Tunelowego do modelowania powierzchni z selektywnym osadzaniem warstw atomowych i reaktywnym trawieniem jonowym. Korzystając z solidnego procesu obejmującego liczne ekspozycje atmosferyczne i transport, wytwarzane są nanostruktury 3D z metrologią atomową.

Wytwarzanie nanostruktur identyfikowalnych atomowo

Aby zbadać proste metody produkcji dla wielu potrzeb testowych, stworzyliśmy system kanałów absorbujących płyny wykonany z materiału bawełnianego. Urządzenie to zostało wykorzystane do stworzenia platformy wielokrotnego wykrywania i rozwiązania problemów związanych z zanieczyszczeniem, które często dotykają urządzenia biomedyczne oparte na przepływie bocznym, do klinicznej analizy moczu azotynów, białka całkowitego i urobilinogenu.

Wytwarzanie urządzeń analitycznych do bawełny

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania gradientowych płytek nanowzorcowych za pomocą termicznego nanoimprintingu oraz metodę przesiewowego wykrywania odpowiedzi ludzkich komórek progenitorowych śródbłonka na nanostruktury. Dzięki zastosowaniu opisanej technologii możliwe jest wytworzenie rusztowania, które może manipulować zachowaniem komórki za pomocą bodźców fizycznych.

Wytwarzanie gradientowego nanowzoru za pomocą techniki nanoimprintingu termicznego i badanie przesiewowe odpowiedzi komórek tworzących kolonie śródbłonka

Plazmoniczne nanopręty złota mogą być uwięzione w cieczach i obracane z częstotliwością kHz za pomocą pęsety optycznej o polaryzacji kołowej. Wprowadzenie narzędzi do analizy dynamiki Browna i spektroskopii rozpraszania światła prowadzi do powstania potężnego systemu do badań i zastosowań w wielu dziedzinach nauki.

Budowa i działanie napędzanego światłem układu silnika obrotowego Gold Nanorod

Pokazujemy wytwarzanie kanałów o nanowysokości z integracją urządzeń do aktywacji powierzchniowej fali akustycznej na niobianie litu dla nanofluidyki akustycznej za pomocą fotolitografii liftoff, nano-głębokiego reaktywnego trawienia jonowego i plazmowego aktywowanego powierzchniowo wielowarstwowego wiązania monokryształowego niobianu litu w temperaturze pokojowej, procesu podobnie użytecznego do wiązania niobianu litu z tlenkami.

Wytwarzanie kanałów o nanowysokości wykorzystujących aktywację powierzchniowej fali akustycznej za pomocą niobianu litu w nanofluidyce akustycznej

Naucz się produkcji i eksploatacji nanooptycznego przenośnika taśmowego do precyzyjnego transportu nanocząstek dielektrycznych. Ta metoda wykorzystuje rezonatory plazmoniczne i pole bliskie do manipulacji optycznej z wysoką rozdzielczością.

Produkcja i eksploatacja nanooptycznego przenośnika taśmowego

Przeglądaj więcej filmów