Плазмонная Ловушка и Высвобождение Наночастицы в мониторингу окружающей среды

Общая цель этого эксперимента состоит в том, чтобы наблюдать за частицами в двух измерениях, как параллельных, так и ортогональных симметричной оси плазмонной нанодырочной структуры, и количественно оценить максимальную захватывающую силу системы. Этот метод может помочь ответить на вопросы в области наук о жизни, связанные с разработкой быстрого иммунологического анализа, захватом клеток и бактерий, анализом липосом и исследованиями высвобождения наночастиц лекарств. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет контролировать движение частицы в двух измерениях: одно — по оси лазерного луча, а другое — в направлении, ортогональном ему.

Для начала изготовьте микроканальную форму с помощью стандартных фотолитографических техник и поместите пластину в чашку Петри диаметром 150 мм. Затем смешайте 10 частей основы PDMS с одной частью отвердителя и перемешивайте смесь в течение двух минут. После смешивания вылейте 100 миллилитров смеси PDMS на пластину.

Поместите чашку Петри в вакуумную камеру и потяните вакуум, чтобы удалить все пузырьки из PDMS. Затем поместите чашку Петри в духовку на два часа при температуре 80 градусов Цельсия, чтобы раствор PDMS застыл. Как только остынет, достаньте блюдо из духовки, и разрежьте по контурам микроканала PDMS лезвием бритвы, и отсоедините его от.

Затем с помощью 1,5-миллиметрового биопсийного перфоратора сформировайте 1,5-миллиметровые входные и выходные отверстия на каждом конце микроканала PDMS. Используйте перфоратор диаметром 0,3 мм, чтобы сформировать отверстие для одномодового оптоволоконного кабеля в центре микроканала. Начните с очистки имеющейся в продаже золотой пластины, как описано в сопроводительном текстовом протоколе.

Затем поместите пластину на прядильную машину и налейте 0,5 миллилитра гексаметилдисилазана на золотую пластину. Нанесите на пластину отжимное покрытие в течение 40 секунд при 3000 оборотах в минуту. Затем налейте 0,5 миллилитра положительного фоторезиста поверх гексаметилдисилазана с полимерным покрытием и нанесите на пластину дополнительное покрытие в течение 40 секунд при 3000 оборотах в минуту.

Снимите пластину с прядильной машины и поместите ее на горячую плиту на 90 секунд при температуре 110 градусов Цельсия, чтобы фоторезист стал мягким. Затем с помощью скотча закрепите пленочную маску на стеклянной пластине и поместите мягкую золотую пластину на подложку. Подвергните образец воздействию ультрафиолетового света в течение 4 с половиной секунд, чтобы растворить фоторезист и создать золотой прямоугольник длиной 400 микрон и шириной 150 микрон.

Далее погрузите золотую пластину в проявитель фоторезиста на одну минуту, чтобы удалить растворенный фоторезист. Затем промойте золотую пластину деионизированной водой и высушите ее с помощью газообразного азота. Погрузите золотую пластину в золотую травлю на 45 секунд, чтобы удалить обнаженный слой золота.

Затем промойте золотую пластину деионизированной водой и снова высушите с помощью газообразного азота. Затем погрузите пластину в титановый травитель на пять секунд, чтобы удалить обнаженный титан, затем еще раз промойте золотую пластину деионизированной водой и высушите ее газообразным азотом. Удалите остатки фоторезиста на золотой пластине, погрузив ее последовательно в ацетон, метанол и, наконец, в деионизированную воду на три минуты каждая.

Промойте пластину три раза деионизированной водой в течение 10 секунд каждый, а затем еще раз высушите пластину газообразным азотом. Затем поместите тарелку на горячую плиту на три минуты при температуре 120 градусов Цельсия, чтобы полностью удалить остатки влаги. Используя сфокусированный ионный пучок, измельчите 400-нанометровое наноотверстие в центре изготовленного золотого блока, как описано в сопроводительном текстовом протоколе.

Поместите микроканал PDMS и золотую пластину в плазменную камеру. Обрабатывайте соприкасающиеся поверхности в течение одной минуты с помощью кислородной плазмы. Закрепите золотую пластину на подложке стенда выравнивателя.

Затем с помощью камеры на выравнивателе найдите центры отверстия кабеля SMF и отверстия в золотом блоке так, чтобы они были выровнены по одной оси. Поднимите ручную ступень, чтобы объединить две части. Затем налейте два миллилитра смешанного раствора PDMS в чашку Петри и покройте чашку в течение 30 секунд при 1000 оборотах в минуту.

Затем возьмите вырезанный микрочип и поместите поверхность, которая будет расположена на микроскопе, в PDMS, который находится на чашке Петри. Поместите чашку Петри в духовку на один час при температуре 80 градусов Цельсия, чтобы раствор PDMS застыл. После охлаждения обрежьте границу микрочипа и PDMS с помощью лезвия бритвы, а затем отсоедините его от чашки Петри.

Сначала подключите объектив с 40-кратным увеличением к креплению объектива микроскопа на одномодовом соединителе оптоволоконного кабеля. Затем закрепите одномодовый оптоволоконный кабель на оптоволоконном зажиме кабельного соединителя. Выровняйте падающий лазерный луч, чтобы заполнить заднюю апертуру линзы объектива.

Затем сфокусируйте лазерный луч на сердечнике кабеля, отрегулировав трехосевой ручной столик, установленный на соединителе. Измерьте мощность лазера перед установкой на краю оптоволоконного кабеля, так как фиксированный оптоволоконный кабель на микрочипе не может быть отсоединен. Затем вставьте противоположный конец кабеля в отверстие для кабеля микросхемы.

Вручную выровняйте оптоволоконный кабель с помощью визуальной обратной связи так, чтобы он был перпендикулярен золотому блоку, в котором находится наноотверстие. Конец вставленного оптоволоконного кабеля не должен входить в микроканал, чтобы он не блокировал поток жидкости. Наконец, загерметизируйте отверстие кабеля эпоксидным клеем, чтобы предотвратить утечку протекающего раствора частиц из зазора 87,5 микрометров между отверстием кабеля и оболочкой оптоволоконного кабеля.

Присоедините к шприцевому микронасосу шприц, содержащий раствор частиц полистирола диаметром 100 нанометров. Далее подсоедините трубки к входному и выходному отверстиям микросхемы. После подключения установите шприцевой насос на скорость 20 микрометров в секунду и введите раствор частиц в микрочип.

Далее включите люминесцентную лампу и убедитесь, что в канале можно наблюдать флуоресцентную частицу. Когда раствор частиц выйдет из выходного отверстия микрочипа, уменьшите скорость насоса до 3,4 микрометров в секунду. Затем включите лазерный источник так, чтобы он излучал лазер в нанодырку.

Это приведет к захвату флуоресцентной частицы на краю нанодырки. Наконец, увеличивайте скорость жидкости с шагом 0,4 микрометра в секунду, управляя микронасосом до тех пор, пока захваченные частицы не выйдут наружу. Используйте эту информацию для получения максимальной силы захвата для каждой интенсивности лазера.

Здесь показана увеличенная версия микроканальной установки, показывающая выравнивание деталей и расположение наноотверстия. Когда 100-нанометровые флуоресцентные частицы полистирола проходят через микроканал, они захватываются лазером в нанодырке. Также показаны незахваченные частицы, когда они проходят мимо нанодырки, в то время как захваченная частица остается на месте.

Как только скорость потока увеличивалась, захваченные частицы могли вырваться наружу. После нескольких практик процедуры можно проводить в течение примерно 14 часов, если они выполнены правильно. При попытке выполнить эту процедуру важно улучшить размер микрочипа, шероховатость поверхности покрытия PDMS.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как следить за частицами как в параллельном, так и в ортогональном направлениях к симметричной оси плазмонной наноструктуры.