Name: Pułapkowanie plazmoniczne i uwalnianie nanocząstek w środowisku monitorowania (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-04T11:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 13 s
Description: Poznaj technikę pułapkowania plazmonicznego nanocząstek w mikrochipie PDMS z pomiarem sił w dwóch wymiarach. Metoda umożliwia badania w naukach o życiu, w tym analizę uwalniania leków.

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

Ta praca była wspierana przez program badawczo-rozwojowy ICT MSIP/IITP (R0190-15-2040, Opracowanie systemu zarządzania konfiguracją treści i symulatora do druku 3D przy użyciu inteligentnych materiałów).

Uwaga: Przed użyciem zapoznaj się ze wszystkimi odpowiednimi przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa materiałów. Kilka substancji chemicznych stosowanych w produkcji mikroczipów jest bardzo toksycznych i rakotwórczych. Podczas wykonywania procesów fotolitografii i trawienia należy stosować wszystkie odpowiednie praktyki bezpieczeństwa, w tym używać kontroli inżynieryjnych (dygestoria, płyta grzejna i nakładki) oraz środków ochrony osobistej (okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny, długie spodnie i buty z zakrytymi palcami).
1. Produkcja mikrokanału PDMS
<ol>
	<li>Wytwarzanie formy mikrokanałowej w procesie fotolitografii
	<ol>
		<li>Całkowicie usuń obce substancje z 4-calowej powierzchni wafla krzemowego za pomocą czyszczenia piranii (Rysunek 1a). Wymieszaj kwas siarkowy (H2SO4) i nadtlenek wodoru (H2O2) w stosunku 3:1, aby uzyskać roztwór piranii w naczyniu. Mieszać, stopniowo dodając niewielkie ilości mocnego kwasu (H2O2) do słabego kwasu (H2SO4); Odwrócenie tej kolejności może spowodować wybuch z powodu wysoce reaktywnego mocnego kwasu.</li>
		<li>Zanurz wafel w roztworze piranii na 10 minut. Następnie zanurz wafel w wodzie dejonizowanej (DI) na 3 minuty, aby usunąć pozostały roztwór piranii. Opłucz wafel płynącą wodą DI przez 10 s. Powtórz procedurę płukania 3 razy i osusz gazemN2, aby usunąć pozostały DI.</li>
		<li>Umieść wafel na gorącej płycie na 20 minut w temperaturze 180 °C, aby jeszcze bardziej go odwodnić.</li>
		<li>Wlej 5 ml ujemnego fotorezystu na wierzch płytki i wiruj przez 45 s z prędkością 1500 obr./min (rysunek 1b); po przędzeniu na krawędzi płytki tworzy się ścieg fotorezystu ze względu na stosunkowo wysoką lepkość fotorezystu.</li>
		<li>Zrównoważyć płytkę pokrytą fotorezystem przez planaryzację na stojaku wyrównującym przez 5 godzin.</li>
		<li>Umieść wafel pokryty fotorezystem na płycie grzejnej na 12 minut w temperaturze 65 °C, 35 minut w temperaturze 95 °C i 12 minut w temperaturze 65 °C (pieczenie na miękko).</li>
		<li>Zamocuj maskę filmową na uchwycie maski, a miękko wypaloną wafel na podłożu nakładki. Wystaw na działanie światła ultrafioletowego (UV) przez 43 s przy 650 mJ/cm2 w celu zestalenia fotorezystu.</li>
		<li>Umieść wafel na płycie grzejnej na 5 minut w temperaturze 65 °C, 15 minut w temperaturze 95 °C i 5 minut w temperaturze 65 °C (pieczenie po ekspozycji).</li>
		<li>Zanurz wafel w wywoływaczu fotorezystu na 30 minut, aby usunąć niezastygły fotorezyst.</li>
		<li>Opłucz wafel alkoholem izopropylowym (IPA) i osusz gazemN2, aby usunąć pozostały IPA.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Produkcja mikrokanału PDMS
	<ol>
		<li>Powierzchnię płytki i formy fotorezystu należy poddawać obróbce przez 1 minutę z mocą 200 W za pomocą maszyny do plazmy atmosferycznej25; przepływy gazu CH4 i He powinny wynosić odpowiednio 6 i 30 sccm. Wykonaj tę obróbkę hydrofobową, aby łatwo odłączyć mikrokanalik polidimetylosiloksanu (PDMS) od powierzchni płytki i formy fotorezystu (rysunek 1c).</li>
		<li>Przygotuj roztwór PDMS, mieszając bazę PDMS i utwardzacz w stosunku 10:1. Mieszaj mieszaninę przez 2 minuty.</li>
		<li>Umieścić wafel na szalce Petriego (150 mm x 15 mm) i dodać 100 ml roztworu PDMS. Usuń pęcherzyki, które powstały w wyniku mieszania za pomocą eksykatora.</li>
		<li>Umieścić szalkę Petriego w piekarniku na 2 godziny w temperaturze 80 °C w celu zestalenia roztworu PDMS (rysunek 1d i h).</li>
		<li>Przeciąć wzdłuż konturów mikrokanału PDMS żyletką i odłączyć go od płytki; wyprodukowany mikrokanał PDMS powinien mieć następujące wymiary: 13 mm długości, 300 μm szerokości i 150 μm wysokości (rysunki 1e, f i i). 
		UWAGA: Mikronakłuwanie powoduje dwa rodzaje otworów w celu wprowadzenia światłowodowego jednomodowego (SMF) oraz rurek (wlotowego i wylotowego) w mikrokanale PDMS (rysunek 1g). SMF służy do emitowania wiązki laserowej do nanootworu wyfrezowanego na złotej płytce. Rurka służy do wprowadzania/ekstrakcji roztworu cząstek do/z mikrokanału PDMS.</li>
		<li>Przebić otwory wlotowe i wylotowe 1,5 mm na każdym końcu mikrokanału PDMS. Przebić otwór na SMF o średnicy 0,3 mm w środku mikrokanału PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Proces trawienia złotej płyty
<ol>
	<li>Przygotuj dostępną w handlu złotą płytkę o wymiarach 25 x 6,25mm2 (Rysunek 2a).</li>
	<li>Usuń wszelkie obce substancje ze złotej płytki, postępując zgodnie z następującymi procedurami czyszczenia. Wyczyść w następującej kolejności, zanurzając w acetonie, metanolu i wodzie DI na 5 minut każdy.</li>
	<li>Opłucz złotą płytkę 3 razy wodą DI przez 10 s i osusz płytkę gazemN2, aby usunąć pozostałą wodę DI.</li>
	<li>Umieść złoty talerz na gorącej płycie na 20 minut w temperaturze 180 °C, aby całkowicie usunąć pozostałą wilgoć.</li>
	<li>Wlej 0,5 ml heksametylodylazanu (HMDS) na złotą płytkę i wiruj przez 40 s z prędkością 3,000 obr./min.</li>
	<li>Wlej 0,5 ml dodatniego fotorezystu na wierzch powlekanego wirowo gogli HMDS i wiruj przez 40 s przy 3,000 obr./min (rysunek 2b).</li>
	<li>Umieść pokrytą fotorezystem złotą płytkę na płycie grzejnej na 90 s w temperaturze 110 °C (miękkie pieczenie).</li>
	<li>Przymocuj maskę filmową do szklanej płytki i umieść miękko wypaloną złotą płytkę na podłożu stage. Wystaw na działanie światła UV przez 4,5 s przy 64 mJ/cm2 w celu rozpuszczenia fotorezystu.</li>
	<li>Zanurz złotą płytkę w wywoływaczu fotorezystu na 1 minutę, aby usunąć rozpuszczony fotorezystor (rysunek 2c). Opłucz złotą płytkę wodą DI i osusz gazemN2.</li>
	<li>Zanurz złotą płytkę w wytrawiaczu Au na 45 s z szybkością trawienia 28 A/s, aby usunąć odsłonięte Au (Rysunek 2d). Opłucz złotą płytkę wodą DI i osusz gazemN2.</li>
	<li>Zanurz złotą płytkę w wytrawiaczu Ti na 5 s z szybkością trawienia 25 A/s, aby usunąć odsłonięte Ti (Rysunek 2e). Opłucz złotą płytkę wodą DI i osusz gazemN2.</li>
	<li>Usuń pozostały fotorezystor ze złotej płytki, zanurzając go w acetonie, metanolu i wodzie demineralizowanej na 3 minuty (rysunek 2f); zanurz płytkę w pisemnej kolejności.</li>
	<li>Opłucz złotą płytkę 3 razy wodą DI przez 10 s. Osusz gazemN2, aby usunąć wodę DI.</li>
	<li>Umieść złotą płytkę na płycie grzejnej na 3 minuty w temperaturze 120 °C, aby całkowicie usunąć wilgoć; wyprodukowany blok złota powinien mieć wymiary 400 x 150μm2 (Rysunek 2h).</li>
	<li>Zmiel nanodziurę o długości 400 nm za pomocą skupionej wiązki jonów (FIB) w środku bloku złota, który został wytworzony po wytrawieniu (rysunki 2g i i). Utwórz wzór okręgu o długości fali 370 nm, aby skupić się na złotym bloku o napięciu przyspieszającym jony 30 kV przy 28 pA przez 3 s.</li>
</ol>
3. Montaż mikroprocesora
<ol>
	<li>Potraktuj dwie powierzchnie mikrokanału PDMS i złotej płytki przez 1 minutę plazmąO2, aby połączyć je razem z systemem plazmowym o mocy 80 W i ciśnieniu 825 mTorr25. 
	UWAGA: Szczególnie trudno jest je precyzyjnie zamocować, ponieważ złoty blok i mikrokanał PDMS znajdują się na poziomie mikrometru. Dlatego użyj alignera z kamerą i stolikiem ręcznym.</li>
	<li>Zamocuj szklaną płytkę, która służy do mocowania maski filmowej, do uchwytu maski nakładki (Rysunek 3a).</li>
	<li>Podłącz mikrokanał PDMS poddanego plazmie O2 do płytki szklanej; ponieważ PDMS jest hydrofilowy, łatwo przyczepi się do płytki szklanej bez żadnego roztworu adhezyjnego. Zamocuj złotą płytkę na stopniu podłoża nakładki (Rysunek 3a).</li>
	<li>Zlokalizuj środki otworu SMF i złotego bloku, które są wyrównane na tej samej osi, za pomocą kamery na wyrównywaczu. Podnieś stolik ręczny, aby połączyć dwie części (rysunki 3b i c).</li>
</ol>
4. Poprawa chropowatości powierzchni bocznej mikroczipa dzięki powłoce PDMS
UWAGA: Złota płytka o stałych wymiarach 400 x 150μm2 jest stosunkowo trudniejsza do wycięcia niż materiał PDMS. Dlatego, aby odłączyć mikrokanał PDMS od płytki, używa się żyletki do wycięcia większego kawałka niż złota płytka. Po połączeniu dwóch części, nadmiar części PDMS w stosunku do złotej płytki musi zostać przecięty tak, aby wnętrze kanału można było obserwować z boku za pomocą mikroskopu (rysunek 4a). Jednak powierzchnia cięcia, która jest używana jako okno, ma wysoką chropowatość powierzchni i w konsekwencji wytwarza mętne obrazy cząstek przepływających w kanale (rysunek 4b). Powlekanie roztworem PDMS jest wykonywane ponownie, aby rozwiązać ten problem.
<ol>
	<li>Przygotuj roztwór PDMS, mieszając bazę PDMS i utwardzacz w stosunku 10:1 i mieszaj przez 2 minuty.</li>
	<li>Wlać 2 ml roztworu PDMS na szalkę Petriego i wykonywać wirowanie przez 30 s przy 1 000 obr./min (Rysunek 4c).</li>
	<li>Umieść powierzchnię mikroczipa, która ma być zlokalizowana na mikroskopie, na szalce Petriego (Rysunek 4d). Umieścić szalkę Petriego w piekarniku na 1 godzinę w temperaturze 80 °C w celu zestalenia roztworu PDMS.</li>
	<li>Przeciąć granicę mikroczipa i PDMS za pomocą żyletki, a następnie odłączyć ją od szalki Petriego (ryc. 4e, f).</li>
</ol>
5. Laserowe złącze do wkładania SMF do mikroprocesora
UWAGA: Do plazmonicznego systemu pęsety używany jest laser światłowodowy o długości fali 1,064 nm. SMF jest używany, ponieważ średnica padającego lasera (5 mm) jest zbyt duża, aby emitować wiązkę laserową na nanootwór wyfrezowany na bloku złota (400 x 150μm2) w mikrochipie. Średnica płaszcza SMF wynosi 125 μm. W związku z tym należy połączyć laser padający i SMF.
<ol>
	<li>Podłącz soczewkę obiektywu 40X do mocowania obiektywu mikroskopu na złączu SMF. Zamocuj SMF na światłowodzie clamp łącznika SMF. Ustaw padającą wiązkę laserową tak, aby wypełnić tylny otwór soczewki obiektywu.</li>
	<li>Skoncentruj wiązkę laserową na rdzeniu SMF, regulując trzyosiowy stolik ręczny wyposażony w łącznik SMF.</li>
	<li>Włóż przeciwległy koniec SMF do otworu na SMF w mikrochipie. Zmierz moc lasera przed włożeniem do krawędzi światłowodowego, ponieważ stałego światłowodowego na mikroczipie nie można odłączyć.</li>
	<li>Uszczelnij otwór SMF za pomocą kleju epoksydowego, aby zablokować wyciek przepływającego roztworu cząstek ze szczeliny między otworem SMF (300 μm) a okładziną SMF (125 μm); koniec włożonego światłowodowego nie powinien wchodzić do mikrokanału, aby uniknąć przepływu płynu. Ręcznie wyrównaj światłowodowy za pomocą wizualnej informacji zwrotnej, tak aby był prostopadły do złotego bloku, w którym znajduje się nanodziura.</li>
</ol>
6. Plazmoniczne uwięzienie pojedynczej cząstki polistyrenu fluorescencyjnego w mikrochipie
<ol>
	<li>Podłączyć strzykawkę, która jest wypełniona roztworem cząstek, do mikropompy strzykawki. Umieść szkło nakrywkowe na stoliku na próbki mikroskopu fluorescencyjnego. Podłącz rurki do otworów wlotowych/wylotowych mikrochipa. Umieść powierzchnię mikroczipa pokrytą PDMS na wierzchu szkła nakrywkowego.</li>
	<li>Ustaw mikroczip prostopadle do soczewki obiektywu 60X zanurzonego w wodzie, obserwując wnętrze kanału za pomocą kamery zainstalowanej na mikroskopie fluorescencyjnym. Użyj przezroczystej taśmy, aby zamocować mikroczip na miejscu. Połączyć rurkę wlotową mikroczipa z igłą strzykawki.</li>
	<li>Włóż roztwór cząstek do mikroprocesora, sterując mikropompą z prędkością 20 μm/s. W tym momencie upewnij się, że cząstka fluorescencyjna może być dobrze obserwowana w kanale, gdy świetlówka jest włączona.</li>
	<li>Poczekaj, aż roztwór cząstek wydostanie się z wylotu mikrochipa. Ustaw prędkość na 3,4 μm/s.</li>
	<li>Obróć urządzenie źródłowe lasera tak, aby emitowało laser do nanodziury; cząstka fluorescencyjna zostanie uwięziona na krawędzi nanodziury.</li>
	<li>Zwiększaj prędkość płynu w krokach co 0,4 μm/s, sterując mikropompą, aż uwięziona cząstka ucieknie. Zmierz prędkość płynu, gdy uwięzione cząstki uciekają. Uzyskaj maksymalną siłę wychwytywania dla każdej intensywności lasera, korzystając z tej zmierzonej prędkości płynu.</li>
</ol>

<ol><li>Crane, N. B., Onen, O., Carballo, J., Ni, Q., Guldiken, R. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s10404-012-1060-1">Fluidic assembly at the microscale: progress and prospects.</a> Microfluid. Nanofluid. 14 (3), 383-419 (2013).</li>
<li>Yao, B., Luo, G. A., Feng, X., Wang, W., Chen, L. X., Wang, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfluidic+device+based+on+gravity+and+electric+force+driving+for+flow+cytometry+and+fluorescence+activated+cell+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A microfluidic device based on gravity and electric force driving for flow cytometry and fluorescence activated cell sorting.</a> Lab Chip. 4 (6), 603-607 (2004).</li>
<li>Zhang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-chip+manipulation+of+continuous+picoliter-volume+superparamagnetic+droplets+using+a+magnetic+force%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force.</a> Lab Chip. 9 (20), 2992-2999 (2009).</li>
<li>Park, I. Y., Sung, S. Y., Lee, J. H., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/17/10/N03/pdf">Manufacturing micro-scale structures by an optical tweezers system controlled by five finger tips.</a> J. Micromech. Microeng. 17, N82-N89 (2007).</li>
<li>Kim, J. D., Hwang, S. U., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/22/10/105003">Traceable assembly of microparts using optical tweezers.</a> J. Micromech. Microeng. 22, 105003(2012).</li>
<li>Kim, J. D., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/23/6/065010">Construction and actuation of a microscopic gear assembly formed using optical tweezers.</a> J. Micromech. Microeng. 23, 065010(2013).</li>
<li>Kim, J. D., Choi, J. H., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+measurement+of+the+maximal+forces+in+plasmonic+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">A measurement of the maximal forces in plasmonic tweezers.</a> Nanotechnology. 26 (42), 425203(2015).</li>
<li>Kim, J. D., Lee, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+of+a+single+DNA+molecule+using+nanoplasmonic+structures+for+biosensor+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Trapping of a single DNA molecule using nanoplasmonic structures for biosensor applications.</a> Biomed. Opt. Express. 5 (8), 2471-2480 (2014).</li>
<li>Quidant, R. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/plasmonic-tweezersthe-strength-of-surface-plasmons/3637FF8C774139A6CCBD5666BC87F310">Plasmonic tweezers - the strength of surface plasmons.</a> MRS Bull. 37 (8), 739-744 (2012).</li>
<li>Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphys/journal/v5/n12/abs/nphys1422.html">Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles.</a> Nat. Phys. 5, 915-919 (2009).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 11 (9), 3763-3767 (2011).</li>
<li>Tanaka, Y., Kaneda, S., Sasaki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+potential+of+optical+trapping+using+a+plasmonic+nanoblock+pair%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair.</a> Nano Lett. 13 (5), 2146-2150 (2013).</li>
<li>Kang, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-power+nano-optical+vortex+trapping+via+plasmonic+diabolo+nanoantennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Low-power nano-optical vortex trapping via plasmonic diabolo nanoantennas.</a> Nat. Commun. 2, 582(2011).</li>
<li>Roxworthy, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+plasmonic+bowtie+nanoantenna+arrays+for+optical+trapping%2C+stacking%2C+and+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Application of plasmonic bowtie nanoantenna arrays for optical trapping, stacking, and sorting.</a> Nano Lett. 12 (2), 796-801 (2012).</li>
<li>Shoji, T., Tsuboi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+optical+tweezers+toward+molecular+manipulation%3A+tailoring+plasmonic+nanostructure%2C+light+source%2C+and+resonant+trapping%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Plasmonic optical tweezers toward molecular manipulation: tailoring plasmonic nanostructure, light source, and resonant trapping.</a> J. Phys. Chem. Lett. 5 (17), 2957-2967 (2014).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+a+single+protein%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of a single protein.</a> Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).</li>
<li>Tsuboi, Y., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz100659x">Optical trapping of quantum dots based on gap-mode-excitation of localized surface plasmon.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1, 2327-2333 (2010).</li>
<li>Shoji, T., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23586869">Permanent fixing or reversible trapping and release of DNA micropatterns on a gold nanostructure using continuous-wave or femtosecond-pulsed near-infrared laser light.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (17), 6643-6648 (2013).</li>
<li>Grigrenko, A. N., Roberts, N. W., Dickson, M. R., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n6/abs/nphoton.2008.78.html">Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates.</a> Nat. Photonics. 2, 365-370 (2008).</li>
<li>Righini, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-optical+trapping+of+rayleigh+particles+and+escherichia+coli+bacteria+with+resonant+optical+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas.</a> Nano Lett. 9 (10), 3387-3391 (2009).</li>
<li>Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+trapping+in+two-dimensional+nanoscale+plasmonic+optical+lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Nano Lett. 13 (9), 4118-4122 (2013).</li>
<li>Berthelot, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+manipulation+with+scanning+near-field+optical+nanotweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers.</a> Nat. Nanotechnol. 9 (4), 295-299 (2014).</li>
<li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+optical+trapping+and+arrangement+of+nano-objects+in+a+plasmonic+nanocavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity.</a> Nano Lett. 12 (1), 125-132 (2011).</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>Byun, D., Cho, S. J., Kim, S. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/23/12/125010">Fabrication of a flexible penetrating microelectrode array for use on curved surfaces of neural tissues.</a> J. Micromech. Microeng. 23, 125010(2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Kabel SMF został włożony do otworu na kabel SMF w mikrochipie, jak pokazano na prostokątnej kropce na rysunku 6a. Ponieważ otwór na kabel SMF jest większy niż średnica kabla, do uszczelnienia szczeliny użyto kleju epoksydowego, aby zablokować wyciek przepływającego roztworu cząstek. Przed nałożeniem kleju epoksydowego złoty blok i krawędź kabla należy wyrównać współosiowo ręcznie za pomocą mikroskopu. Chociaż idealnie jest, aby włożona krawędź kabla i nanootwór były wyrównane współosiowo, niewielka niews...

Możliwość manipulowania obiektami w mikroskali jest nieodzowną cechą dla wielu eksperymentów mikro/nano. Manipulacje bezpośrednim kontaktem mogą uszkodzić manipulowane obiekty. Uwolnienie wcześniej trzymanych przedmiotów jest również trudne ze względu na problemy z tarciem. Aby przezwyciężyć te problemy, należy zastosować kilka metod pośrednich wykorzystujących fluidic1, electric2, magnetic3, lub sił fotonicznych4,5,6,7,8 zostały zaproponowane. Pęsety plazmoniczne, które wykorzystują siły fotoniczne, opierają się na fizyce nadzwyczajnego wzmocnienia pola o kilka rzędów większego niż intensywność zdarzenia9. To niezwykle silne wzmocnienie pola umożliwia wychwytywanie bardzo małych nanocząstek. Na przykład wykazano, że unieruchamia i manipuluje obiektami w skali nano, takimi jak cząsteczki polistyrenu7,10,11,12,13,14, łańcuchy polimerowe15, białka16, kropki kwantowe17 i cząsteczki DNA8,18. Bez pęsety plazmonicznej trudno jest wychwycić nanocząstki, ponieważ szybko znikają, zanim zostaną skutecznie zbadane lub ponieważ są uszkodzone z powodu dużej intensywności lasera.
Wiele badań plazmonicznych wykorzystywało różne nanoskalowe struktury złota. Możemy sklasyfikować złote struktury jako wystające typy nanodysków12,13,14,15,19,20,21 lub stłumione typy nanootworów7,8,10,11,22,23. Jeśli chodzi o wygodę obrazowania, typy nanodysków są bardziej odpowiednie niż typy nanodziur, ponieważ w przypadku tych drugich złote podłoża mogą zasłaniać widok obserwacyjny. Co więcej, pułapkowanie plazmoniczne zachodzi w pobliżu struktury plazmonicznej i sprawia, że obserwacja jest jeszcze trudniejsza. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, pułapkowanie plazmoniczne na typach nanodziur zostało zweryfikowane tylko przy użyciu sygnałów rozpraszania pośredniego. Nie zgłoszono jednak żadnych udanych bezpośrednich obserwacji, takich jak obrazy mikroskopowe. Niewiele badań opisało położenie uwięzionych cząstek. Jeden z takich wyników został zaprezentowany przez Wang i wsp. Stworzyli złoty słup na złotym podłożu i obserwowali ruch cząstek za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego24. Jest to jednak skuteczne tylko w przypadku monitorowania ruchów bocznych nie w kierunku równoległym do osi belki.
W tym artykule przedstawiamy nowe procedury projektowania i produkcji mikroprocesorów fluidycznych. Za pomocą tego chipa demonstrujemy monitorowanie cząstek uwięzionych plazmonicznie, zarówno w kierunkach równoległych, jak i prostopadłych do nanostruktury plazmonicznej. Ponadto mierzymy maksymalną siłę unieruchomionej cząstki, zwiększając prędkość płynu, aby znaleźć prędkość przechylania w mikrochipie. Badanie to jest wyjątkowe, ponieważ większość badań nad pęsetami plazmonicznymi nie może ilościowo pokazać maksymalnych sił pułapkowania stosowanych w ich eksperymentalnych konfiguracjach.

<table><tbody><tr><td>Fotorezystor negatywny&nbsp;</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2075</td><td></td></tr><tr><td>Developer</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 Developer</td><td></td></tr><tr><td>Pozytywny fotorezystor&nbsp;</td><td>Merck Sp. z o.o.</td><td>AZ GXR-601</td><td></td></tr><tr><td>AZ Photoresist Deweloperzy Merck</td><td>Ltd.</td><td>AZ 300 MIF</td><td></td></tr><tr><td>HMDS</td><td>Merck Sp. z o.o.</td><td>AZ Adhesion Promoter</td><td></td></tr><tr><td>Aligner</td><td>Midas System</td><td>MDA 400M</td><td></td></tr><tr><td>Maszyna do plazmy atmosferycznej&nbsp;</td><td>Proces atmosferyczny Plasma Co.</td><td>IDP-1000</td><td></td></tr><tr><td>Polidimetylosiloksan (PDMS)</td> <td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184 A/B</td><td></td></tr><tr><td>Szkiełka testowe pokryte złotem</td><td>EMF Co.</td><td>TA124(Ti/Au)</td><td></td></tr><tr><td>Au wytrawiacz&nbsp;</td><td>Transene Inc.</td><td>Wytrawiacz TFA</td><td></td></tr><tr><td>Ti&nbsp;</td><td>Transene Inc.</td><td>Soczewka obiektywowa TFT</td><td></td></tr><tr><td>40X&nbsp;</td><td>Edmund Optics</td><td>40X DIN</td><td></td></tr><tr><td>60X zanurzenie w wodzie soczewka obiektywowa &nbsp;</td><td>Olympus</td><td>LUMPLFLN 60XW</td><td></td></tr><tr><td>Laser światłowodowy padający na światłowód&nbsp;</td><td>Łącznik IPG Photonic</td><td>YLR 10</td><td></td></tr><tr><td>SMF</td><td>Thorlabs</td><td>MBT612D/M</td><td></td></tr><tr><td>Mikropompa strzykawkowa</td><td>Harvard</td><td>PC2 70-4501</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop fluorescencyjny&nbsp;</td>System plazmowy <td>Olympus</td><td>IX-51</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Femto Science Inc</td><td>CUTE-MPR</td><td></td></tr></tbody></table>

pułapkowanie plazmoniczne i uwalnianie nanocząstek w środowisku monitorowania

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Pęsety plazmoniczne wykorzystują powierzchniowe polarytony plazmonowe do ograniczania polaryzowalnych obiektów w nanoskali. Spośród różnych konstrukcji pęsety plazmonicznej tylko nieliczne mogą zaobserwować unieruchomione cząstki. Co więcej, ograniczona liczba badań eksperymentalnie zmierzyła siły wywierane na cząstki. Projekty można sklasyfikować jako wystający typ nanodysku lub typ stłumionej nanodziury. W przypadku tych ostatnich obserwacja mikroskopowa jest niezwykle trudna. W artykule przedstawiono nowy system pęsety plazmonicznej do monitorowania cząstek, zarówno w kierunkach równoległych, jak i prostopadłych do symetrycznej osi struktury plazmonicznej nanodziury. Ta cecha pozwala nam obserwować ruch każdej cząstki w pobliżu krawędzi nanodziury. Ponadto możemy ilościowo oszacować maksymalne siły pułapkowania za pomocą nowego kanału hydraulicznego.

Proces wykonania mikrokanału z PDMS oraz złotej płytki z nanootworami przedstawiono na rysunkach 1 i 2. Sposób połączenia obu części oraz gotowy mikrochip pokazano na rysunku 3. PDMS został przecięty, aby odsłonić wnętrze kanału od strony mikrochipu. Jednak ze względu na chropowatość powierzchni płaszczyzny cięcia, obserwacja cząstek przepływających w kanale była utrudniona. Aby rozwiązać ten problem, zastosowano metodę powlekania PDMS, c...

Przedstawiono tutaj proces produkcji mikroprocesorów, który wykorzystuje plazmoniczną pęsetę. Mikroczip umożliwia obrazowanie uwięzionej cząstki w celu zmierzenia maksymalnych sił wychwytywania.

Pułapkowanie plazmoniczne i uwalnianie nanocząstek w środowisku monitorowania

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

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest monitorowanie cząstek w dwóch wymiarach, zarówno równolegle, jak i prostopadle do osi symetrii plazmonicznej struktury nanootworów, oraz ilościowe oszacowanie maksymalnej siły pułapkowania układu. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na pytania w naukach o życiu dotyczące szybkiego opracowywania testów immunoologicznych, pułapkowania komórek i bakterii, analizy liposomów oraz badań nad uwalnianiem leków z nanocząsteczek. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona monitorowanie ruchu cząstek w dwóch wymiarach: w osi wiązki laserowej oraz w kierunku do niej prostopadłym.W pierwszej kolejności należy wykonać formę mikrokanału przy użyciu standardowych technik fotolitograficznych, a następnie umieścić wafer w szalce Petriego o średnicy 150 milimetrów. Następnie należy zmieszać 10 części bazy PDMS z jedną częścią czynnika sieciującego i mieszać mieszaninę przez dwie minuty. Po połączeniu składników należy wylać 100 mililitrów mieszaniny PDMS na wafer.Umieść szalkę Petriego w komorze próżniowej i wytwór próżnię, aby usunąć pęcherzyki powietrza z PDMS. Następnie umieść szalkę Petriego w piekarniku na dwie godziny w temperaturze 80 °C, aby utwardzić roztwór PDMS. Po ostygnięciu wyjmij szalkę z piekarnika, wytnij wzdłuż konturów mikrokanału PDMS za pomocą żyletki i odseparuj go od płytki krzemowej.Następnie użyj bioptera o średnicy 1,5 mm, aby wykonać otwory wlotowe i wylotowe o średnicy 1,5 mm na każdym końcu mikrokanału z PDMS. Użyj bioptera o średnicy 0,3 mm, aby wykonać otwór dla jednomodowego światłowodu w centrum mikrokanału. Rozpocznij od oczyszczenia dostępnej komercyjnie złotej płytki zgodnie z opisem w towarzyszącym protokole tekstowym.Następnie umieść płytkę na powlekaczu rotacyjnym i wlej 0,5 ml heksametylodysilazanu na złotą płytkę. Wykonaj powlekanie rotacyjne przez 40 sekund przy prędkości 3000 RPM. Następnie wlej 0,5 ml pozytywnego fotorezystu na powierzchnię powleczonego heksametylodysilazanu i ponownie wykonaj powlekanie rotacyjne przez 40 sekund przy prędkości 3000 RPM.Wyjmij płytkę z urządzenia do powlekania wirowego i umieść ją na płycie grzejnej przez 90 sekund w temperaturze 110 °C, aby przeprowadzić wstępne wypiekanie (soft-bake) fotorezystu. Następnie za pomocą taśmy klejącej przymocuj maskę filmową do wafla szklanego i umieść wstępnie wypieczoną złotą płytkę na stole podłoża. Naświetl próbkę światłem UV przez 4,5 sekundy, aby rozpuścić fotorezyst i utworzyć złoty prostokąt o wymiarach 400 µm długości i 150 µm szerokości.Następnie zanurz płytkę złota w wywoływaczu fotorezystu na jedną minutę, aby usunąć rozpuszczony fotorezyst. Potem opłucz płytkę złota wodą dejonizowaną i wysusz ją za pomocą gazu azotowego. Zanurz płytkę złota w trawieniach złota na 45 sekund, aby usunąć odsłoniętą warstwę złota.Następnie opłucz płytkę złota wodą dejonizowaną i ponownie osusz ją za pomocą gazu azotowego. Następnie zanurz płytkę w trawieniu tytanu na pięć sekund, aby usunąć odsłonięty tytan, a potem raz jeszcze opłucz płytkę złota wodą dejonizowaną i osusz ją azotem. Usuń pozostały fotolak z płytki złota, zanurzając ją kolejno w acetonie, metanolu, a na koniec w wodzie dejonizowanej, po trzy minuty w każdym z tych roztworów.Przepłucz płytkę trzy razy wodą dejonizowaną przez 10 s każdorazowo, a następnie ponownie osusz płytkę strumieniem azotu. Następnie umieść płytkę na płycie grzejnej na trzy minuty w temperaturze 120 °C, aby całkowicie usunąć pozostałą wilgoć. Za pomocą skupionej wiązki jonów wykonaj nano-otwór o średnicy 400 nm w centrum wytworzonego bloku złota, zgodnie z opisem w towarzyszącym protokole tekstowym.Umieść zarówno mikrokanał PDMS, jak i złotą płytkę w komorze plazmowej. Poddaj powierzchnie kontaktowe działaniu plazmy tlenowej przez jedną minutę. Przymocuj złotą płytkę do stołu z podłożem w urządzeniu do pozycjonowania.Następnie, za pomocą kamery w ustawiającym, zlokalizuj środki otworu w kablu SMF oraz otworu w złotym bloku, tak aby znajdowały się one na jednej osi. Podnieś stół manualny, aby połączyć obie części. Następnie wlej 2 mL wymieszanego roztworu PDMS do szalki Petriego i poddaj szalkę spin-coatingowi przez 30 sekund przy 1000 RPMs.Następnie należy wziąć wycięty mikrochip i umieścić powierzchnię, która będzie znajdować się pod mikroskopem, w PDMS znajdującym się na płytce Petriego. Płytkę Petriego należy włożyć do piekarnika na jedną godzinę w temperaturze 80 °C, aby utwardzić roztwór PDMS. Po ostygnięciu należy odciąć krawędź mikrochipu i PDMS za pomocą żyletki, a następnie oddzielić go od płytki Petriego.W pierwszej kolejności należy podłączyć obiektyw 40x do uchwytu obiektywu mikroskopu w sprzęgaczu jednomodowego światłowodu. Następnie należy przymocować jednomodowy kabel światłowodowy do zacisku światłowodu w sprzęgaczu. Należy ustawić padający promień lasera tak, aby wypełnił tylną aperturę obiektywu.Następnie, skupić wiązkę lasera na rdzeniu kabla, regulując trójosiowy stolik manualny zamontowany na sprzęgaczu. Zmierzyć moc lasera przed włożeniem go do krawędzi kabla światłowodowego, ponieważ stały kabel światłowodowy przy mikrochipie nie może zostać odłączony. Następnie włożyć przeciwległy koniec kabla do otworu kablowego w mikrochipie.Ręcznie ustaw kabel światłowodowy, korzystając z informacji wizualnej, tak aby był prostopadły do złotego bloku zawierającego nanootwór. Końcówka wstawionego kabla światłowodowego nie powinna wnikać do mikrokanału, aby nie blokować przepływu płynu. Na koniec uszczelnij otwór kablowy za pomocą kleju epoksydowego, aby zapobiec wyciekowi przepływającego roztworu cząsteczek przez 87.5 mikrometrową szczelinę między otworem kablowym a płaszczem kabla światłowodowego.Do mikropompy strzykawkowej podłącz strzykawkę zawierającą roztwór cząsteczek polistyrenu o średnicy 100 nanometrów. Następnie podłącz przewody do otworów wlotowego i wylotowego mikrochipu. Po połączeniu ustaw pompę strzykawkową na 20 mikrometrów na sekundę i wstrzyknij roztwór cząsteczek do mikrochipu.Następnie należy włączyć lampę fluorescencyjną i potwierdzić, że w kanale można zaobserwować fluorescencyjną cząstkę. Gdy roztwór cząstek wypłynie z wylotu mikrochipu, należy zmniejszyć prędkość pompy do 3,4 µm/s. Następnie włączamy źródło laserowe tak, aby emitowało laser do nanootworu.Pozwoli to na uwięzienie fluorescencyjnej cząsteczki na krawędzi nanootworu. Na koniec zwiększaj prędkość przepływu płynu w przyrostach 0,4 micrometers per second, sterując mikropompą, aż do momentu uwolnienia uwięzionej cząsteczki. Wykorzystaj te informacje do wyznaczenia maksymalnej siły pułapkowania dla każdego natężenia lasera.Przedstawiono tutaj powiększoną wersję układu mikrokanału, ukazującą dopasowanie poszczególnych części oraz położenie nanootworu. Gdy fluorescencyjne cząsteczki polistyrenu o rozmiarze 100 nanometrów przepływają przez mikrokanał, zostają one uwięzione przez laser w nanootworze. Przedstawiono również cząsteczki nieuwięzione, które przepływają obok nanootworu, podczas gdy cząsteczka uwięziona pozostaje w swojej pozycji.Po zwiększeniu prędkości przepływu uwięziona cząstka była w stanie się wydostać. Po kilku próbach procedury te można przeprowadzić w ciągu około 14 godzin, pod warunkiem ich prawidłowego wykonania. Podczas próby realizacji tej procedury ważne jest ulepszenie chropowatości powierzchni mikrochipa w zakresie powłoki PDMS.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dokładną wiedzę na temat monitorowania cząstek zarówno w kierunku równoległym, jak i prostopadłym do osi symetrii nanostruktury plazmonicznej.

plasmonic-trapping-release-nanoparticles-monitoring

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wykazano, że pęsety plazmoniczne oraz nanostruktury kryształów fotonicznych zapewniają istotną poprawę wydajności i kontroli orientacji w optycznym chwytaniu mikro- i nanocząstek.

Wykorzystanie plazmonicznych i fotonicznych nanostruktur krystalicznych do usprawnionej manipulacji mikro- i nanocząsteczkami

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

Optyczne pułapkowanie nanocząsteczek

Używamy optycznego śledzenia plazmonicznych nanocząstek do badania i charakteryzowania częstotliwości ruchów organizmów wodnych.

Analiza ruchu naupliusa 'Artemia salina' za pomocą optycznego śledzenia nanocząstek plazmonicznych

Opisujemy procedurę optycznego uwięzienia mikrocząsteczek w nanoplazmonicznej sieci optycznej.

Uwięzienie mikrocząstek w nanoplazmonicznej sieci optycznej

Obecny protokół opisuje wygodne podejście do integracji optycznego pułapkowania i powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (SERS) do manipulowania plazmonicznymi nanocząstkami w celu czułego wykrywania molekularnego. Bez środków agregujących, laser pułapkujący gromadzi plazmoniczne nanocząstki w celu wzmocnienia sygnałów SERS docelowych analitów do pomiarów spektroskopowych in situ.

Optyczne pułapkowanie nanocząstek plazmonicznych do charakterystyki spektroskopii Ramana wzmocnionej powierzchniowo in situ

Plazmoniczne pęsety wykorzystują zlokalizowany powierzchniowy rezonans plazmonów w nanostrukturach złota, aby uwięzić pojedyncze nanocząsteczki, w tym białka, w polu optycznym o skali nanometrowej. Zmiany w rozproszonym sygnale ujawniają obecność białka i dynamikę konformacyjną, umożliwiając monitorowanie bez modyfikacji fluoroforu lub wiązania powierzchni.

Monitorowanie dynamiki konformacyjnej pojedynczych niemodyfikowanych białek za pomocą plazmonicznej pęsety

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

System opisany tutaj wykorzystuje tradycyjną pułapkę optyczną, jak również niezależną holograficzną linię pułapek optycznych, zdolną do tworzenia i manipulowania wieloma pułapkami. Pozwala to na tworzenie złożonych układów geometrycznych cząstek załamanych światła, a jednocześnie umożliwia jednoczesne szybkie pomiary aktywności enzymów biologicznych w wysokiej rozdzielczości.

Budowa mikroskopu o wysokiej rozdzielczości z konwencjonalnymi i holograficznymi możliwościami optycznego pułapkowania

Opisujemy metody projektowania, produkcji i eksperymentalnej charakterystyki plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących, które oferują o dwa rzędy wielkości wyższe poziomy mocy terahercowej w porównaniu do konwencjonalnych emiterów fotoprzewodzących.

Projektowanie, wytwarzanie i eksperymentalna charakterystyka plazmonicznych fotoprzewodzących emiterów terahercowych

Srebrne nanodruty mogą jednocześnie transportować elektrony i informacje optyczne w postaci plazmonów powierzchniowych. Opisano tutaj procedurę realizacji takiego wspólnego obwodu i oceniane są ograniczenia w propagacji obu nośników informacji.

Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

Poznaj technikę pułapkowania plazmonicznego nanocząstek w mikrochipie PDMS z pomiarem sił w dwóch wymiarach. Metoda umożliwia badania w naukach o życiu, w tym analizę uwalniania leków.

Pułapkowanie plazmoniczne i uwalnianie nanocząstek w środowisku monitorowania

Przeglądaj więcej filmów