強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用
Summary
プラズモニックピンセットとフォトニック結晶のナノ構造は、光学的にマイクロおよびナノ粒子を捕集の効率性と配向制御に有用な機能強化を作成することが示されている。
Abstract
サブミクロン粒子の位置と方向を操作する方法は、非破壊的に基本的な生物学的研究のための非常に便利なツールとなります。おそらく、小さな粒子の非侵襲的操作を実現するために最も広く使用されている物理的な力は、しかし、誘電泳動（DEP）1をされている、それ自身のDEPは、それが伝統的に固定電極を用いて行われるので、細胞を操作するときに望まれる汎用性と精度を欠いている。この目的の汎用性と精度を達成するため、小さな粒子の力を発揮する3次元電磁界勾配を利用した光ピンセット、2しかし、このアプローチの主な欠点は、どの粒子をトラップするために必要な力を達成するために必要な高い放射強度である生体試料を損傷することが3トラップし、より低い光強度でソート可能にするソリューションは、光ピンセット（OET）がOETのは、小さな粒子の細かい操作に制限があるもの、。。というDEPベースの技術は、ソリューションのプロパティに制約を置く4 5
このビデオの記事では、生きた細胞の光学的操作のために必要な放射線の強度を低下させ、また、配向制御のための方法を説明する2つの方法を説明します。最初の方法は、図1に示すように試料用の基板として、ランダムな金ナノ粒子（AuNP）配列を使用するプラズモニックピンセットです。 AuNPの配列は、その共振ダイポールモーメントから構成される局在表面プラズモン（LSP）に入射光子を変換し放射し、細胞溶液に大きな勾配を持つパターン化された放射線のフィールドを生成する。 Righiniらと我々自身のモデリングによる表面プラズモン増強のトラップの最初の仕事は、トラップ粒子。6,7,8プラズモンアプローチは罰金にできることプラズモン基板で生成されるフィールドは、傾斜磁場を高めることにより、必要な初期強度を減少さが示されているために機械的エネルギーと双極子に依存する照射野へのより効率的な光エネルギー変換の低い光強度を持つ楕円体粒子と細胞の配向制御。これらのフィールドは、図2に示されていると低トラップの強度は、図4と図5に詳しく説明されています。プラズモニックピンセットで主要な問題は、LSPのは熱のかなりの量を生成することで、トラップは、二次元です。この熱は、トラップからサ ブミクロン粒子を追い出すような強力なものにできる対流の流れと熱泳動を生成します。9,10我々が記述できることを第二のアプローチは、図6に示すように、回折モードに非常に効率的に散乱の入射光に周期的な誘電体のナノ構造を利用している理想的には11、一プラズモニックピンセットで経験した同じ加熱の問題を回避するために、誘電体材料から、この構造を理解するだろうが、私たちのアプローチではアルミコーティングされた回折格子は、一次元の周期的な誘電体のナノ構造として使用されます。それは半導体ではありませんが、それはかなりの発熱を経験し、効果的に図7に示すように、低トラッピング強度、小さな粒子を捕捉していない。格子の基板を有する粒子の整列は、概念的に2次元フォトニック結晶に非球面ミクロンサイズの粒子の正確な回転を可能にすることができるという命題を検証します。これらの光トラップの10効率が原因で説明されているナノ構造で生成された拡張されたフィールドに増加しているこの紙。
Protocol
Discussion
トラッピングのこれらのメソッドの意義は、彼らが持続的な10 3μW10μW/μm2であるの順番でどこかへ/μm2であるの順番のどこかからのトラップのために必要な光強度を減少させることです。10,11は、これらの技術上の制約金ナノ粒子の配列は、克服しなければならないの加熱の問題を経験することです。この問題を克服するために、誘電体材料で構成されている2次元フォ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々はまた内に記載された方法のほとんどを開発するための暁ミャオ族とベンウィルソンに感謝したい。この作品は、国立科学財団（DBI 0454324）と国立衛生研究所（R21 EB005183）でとECKへNIGMSからPHS NRSA T32 GM07270によって賄われていた。
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalog Number | Comment |
| Axio Imager Microscope | D1M | Zeiss | D1M | Zeiss Axio Imager.D1M |
| Microscope Objective | 50x/0.55 | Zeiss | LD EC Epiplan – NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC | |
| Zeiss Microscope Camera | AxioCam MRc | Zeiss | ||
| Helium Neon Laser | 35 mW | Research Electro-Optics | ||
| Variable Attenuator | Continuously Variable ND | ThorLabs | NDC-100C-4M | For adjusting microscope intensity |
| Zeiss Filter Set | Filter Set #17 | Zeiss | 488017-9901-000 | Filter Set #17 |
| Microscope Slides | 0.5 mm thickness | VWR | ||
| 3T3 mouse cell nuclei | Fred Hutchinson Cancer Research Center | Store as cold as possible | ||
| Acridine Orange dye | Fred Hutchinson Cancer Research Center | |||
| Bovine Serum Albumin | 1 to 10 ration in PBS | Fred Hutchinson Cancer Research Center | ||
| 454 nm polystyrene latex spheres | Polysciences, Inc. | |||
| carbodiimide hydrochloride (EDC) | 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) | G-Biosciences | BC25-1 | |
| gold (for deposition) | ||||
| Reflective ruled diffraction grating | Edmund Optics | |||
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Dulbecco’s Phosphate-Buffered Saline (D-PBS) (1X) | Invitrogen | 14190-144 | |
References
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