Треппинг микро частиц в Nanoplasmonic оптической решетки

Общая цель этого эксперимента — продемонстрировать, как улавливать микрочастицы с помощью плазмонных оптических решеток с помощью метода, подавляющего фототермическую конвекцию. Главная особенность этой методики заключается в том, что мы используем массив плазмонных наноструктур для повышения эффективности захвата. Также мы используем уникальное пивоваренное свойство воды, коэффициент теплового расширения 0% при низкой температуре для подавления фототермической конвекции.

Демонстрировать эту процедуру будет Динеш Бхалотия, аспирант из моей лаборатории. Установка для эксперимента основана на наборе оптического пинцета. Этот модифицированный оптический пинцет с модулем флуоресценции готов на макетной плате.

Светодиодный и диодный лазеры обеспечивают свет для флуоресценции и манипуляций. Зеркала направляют свет через линзу объектива. Объектив фокусирует свет на предметном столике, который также служит радиатором.

ПЗС-камера захватывает изображения из образца. Эти элементы более очевидны на данной схеме. Синий светодиод с яркостью 470 нанометров является источником света для модуля флуоресценции.

Лазерный диод с яркостью 980 нанометров обеспечивает свободный фокус лазерного излучения для манипуляций. Объектив представляет собой объектив микроскопа с большим рабочим расстоянием. Действия на предметном столике образца регистрируются ПЗС-камерой.

Включите источник питания и ток для лазерного диода 980 нанометров. Используйте ПЗС-камеру для проверки юстировки лазерного луча. Если луч хорошо выровнен, изображение с камеры будет гауссовым пятном.

Выключите лазер для выполнения следующих действий. Важным аспектом настройки является система охлаждения. Ступень для образца представляет собой радиатор, предназначенный для размещения термоэлектрического охладителя.

Поработайте с электроникой системы, чтобы подготовиться к добавлению термоэлектрического охладителя. Для этого эксперимента существует пользовательская схема драйвера. Выполните соединения между цепью драйвера и электронной платой управления.

Далее приобретается термоэлектрический охлаждающий элемент, который поместится в предметный столик и с отверстием в нем для пропускания лазерного луча. Подключите выход цепи драйвера к термоэлектрическому охлаждающему элементу. Переместите охлаждающий элемент на ступень для образца.

Прежде чем продолжить, подключите цепь драйвера к пятивольтовому источнику питания. Чтобы контролировать температуру, используйте инфракрасную камеру переднего обзора и убедитесь, что система правильно охлаждается, прежде чем продолжить. Для этого используют блок термометра сопротивления и его датчик.

Начните с установки датчика на стеклянную крышку. Перенесите датчик и крышку на предметный столик для образца. Нанесите небольшое количество термопасты, чтобы обеспечить термоконтакт.

Там поставьте узел в контакт со сценой. На органах управления отрегулируйте мощность термоэлектрического охлаждающего элемента. Через три минуты считайте температуру с помощью термометра с датчиком сопротивления.

Кроме того, запишите температуру с помощью инфракрасной камеры переднего обзора. Повторите эти два измерения при различных настройках выходной мощности, чтобы получить калибровочную кривую температуры, аналогичную этой. Калибровка имеет важное значение.

Прежде чем продолжить, отключите питание термоэлектрического охладителя. Последним элементом установки является наноплазмонная матрица. Крышка затвора имеет изготовленный по индивидуальному заказу массив и готова к установке в эксперименте.

Это изображение матрицы, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, обеспечивает более подробную информацию. Он представляет собой массив размером около 16 микрометров квадратного сечения с золотыми нанодисками размером 22 на 22 метра. Каждый нанодиск имеет толщину 40 нанометров и диаметр 550 нанометров.

Межосевое расстояние между дисками составляет 750 нанометров. Поместите крышку предметного стекла с наноплазмонной матрицей на предметный столик образца. Он должен соприкасаться с термоэлектрическим охладителем.

Далее настройте источник света. Включите флуоресцентный источник света и установите мощность на пять милливатт для визуализации яркого поля. Следите за ПЗС-изображением во время манипуляций со слайдом.

Используйте маркер на слайде, чтобы найти и выровнять массив. Убедитесь, что массив находится в центре интересующей области на экране компьютера. Теперь перейдем к образцу для эксперимента.

Представляет собой смесь частиц полистирола диаметром два микрометра в деионизированной воде. С помощью микропипетки нанесите 10 микролитров на предметное стекло наноматрицы. Перейдем к источнику тока 980 нанометрового лазерного диода.

Включите его, чтобы возбудить плазмонный резонанс матрицы. Затем поработайте с блоком питания для системы охлаждения для достижения температуры в четыре градуса Цельсия. Наконец, начните записывать видео микрочастиц с помощью ПЗС-камеры.

Это пример видео, записанного во время эксперимента с полистирольными сферами толщиной в два микрометра. Оптическая мощность лазера с длиной волны 980 нанометров, используемого для возбуждения плазмонного резонанса, составляет пять милливатт. Обратите внимание, что частицы сгруппированы в шестиугольную, плотно упакованную структуру.

Эти неподвижные изображения представляют собой накопленные микрочастицы с течением времени. Опять же, гексагональная структура плотного пакета ясна. Изображения, подобные этим, могут предоставить данные для построения графика количества захваченных микрочастиц в зависимости от времени.

Эти пять цветных кривых являются примерами траекторий микрочастиц, которые могут быть извлечены из записанного видео с помощью методов обработки изображений, и центроидного альготритма. Масштабная линейка представляет собой два микрометра. Описанная здесь процедура позволяет исследователю воспроизводить ловушки на ежедневной основе.

При попытке выполнить эту процедуру важно не забывать использовать инфракрасную камеру для контроля температуры образца, чтобы избежать поломки образца. После своего развития этот метод открывает путь исследователям в области оптической ловушки для изучения более широкого класса явлений переноса в плазмонной оптической решетке. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как делать оптический захват с помощью плазмонной оптической решетки,