유전체의 저전력 광학 트래핑 다음 설치 방법 세부 금속 필름에 두 번 nanohole를 사용하여 나노 입자.
광학 트래핑은 빛을 사용하여 부드러운 방법으로 작은 물체를 immobilizing하고 조작하기위한 기술이며, 그것은 널리 작은 생물 입자를 포집 및 조작에 적용되었습니다. Ashkin 및 동료는 먼저 하나의 초점 빔 1을 사용 광학 핀셋을 보여 주었다. 단일 빔 트랩이 작은 레일 레이 정권 입자 1의 경우에 섭동 그라디언트 힘 제제를 사용하여 정확하게 설명 할 수 있습니다. 섭동 정권에서 광 전력은 입자 크기의 역 넷째 힘 입자 비늘을 수집 필요합니다. 높은 광학 힘은 유전체 입자를 손상 난방을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 직경이 109 nm의 덫 라텍스 분야는 생물학적 문제 2,3에 심각한 영향을 미칠 수있는 25 제 1 항에 15 MW 빔에 의해 파괴되었다.
자기 유도 백업 작업 (SIBA) 광학 트래핑은 50 나노 미터 폴리스티렌 분야를 추적하기는 제안 된비 섭동 정권 4. 비 섭동 정권에서 배경에 작은 유전율 대비 심지어 작은 입자가 크게 주변 전자기 필드에 영향을 미치는와 대형 광학 힘을 유도 할 수 있습니다. 입자가 조명 구멍을 입력으로 빛을 전송 때문에 유전체 로딩 중 크게 증가합니다. 입자는 조리개를 남겨하려고하면 감소 전송 입자를 막고, 구멍, 뉴턴의 제 3 법칙에 의해 입자 안쪽에 힘의 결과를 홀에서 운동량 바깥쪽으로의 변경을 초래합니다. 빛 전송 모니터링 할 수 있습니다, 따라서, 트랩은 센서 될 수 있습니다. SIBA 트래핑 기술은 더 더블 nanohole 구조를 사용하여 향상시킬 수 있습니다.
이중 nanohole 구조는 강력한 지역 필드 강화에게 5,6를 제공 보여왔다. 더블 nanohole의 두 날카로운 팁 사이에, 작은 입자는 광학 transmissio에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다N,이를 통해 대형 광학 힘을 유도. 그 결과, 작은 나노 입자는 같은 12 nm의 규산 분야 7 3.4 나노 유체 역학적 반경 소 혈청 알부민 단백질 8로, 덫을 할 수 있습니다. 이 작품에서 nanoparticle 트래핑에 사용 된 실험 구성이 설명되어 있습니다. 첫째, 우리 세부 Thorlabs 광학 트위터 키트를 기반으로 트래핑 설정의 조립. 다음, 우리는 금속 필름, 마이크로 유체 챔버의 제조 및 샘플 준비에 더블 nanohole의 nanofabrication 절차를 설명합니다. 마지막으로, 우리는 세부 데이터 수집 절차를하고 20 나노 미터 폴리스티렌 nanospheres을 수집하는 전형적인 결과를 제공합니다.
현재 설정은 nanohole의 구조로 인해서 효과적인 트래핑 능력을 갖추고 있습니다. 낮은 광학 농도에서이 nanohole 트랩 ~ 10 나노 미터 규모의 유전체 입자. 필요한 광 전력 대 입자의 역 넷째 주문 스케일링에 의해 제한됩니다 그러나, 그들은 일반적으로 섭동 정권에서 작동; 다른 소설 광학 트랩 광 다이폴 안테나 11, 귓속말 – 갤러리 모드 광 resonators 12,13 및 waveguides 14 등 크기, SIBA 두 번 nanohole 트랩 다르다. 대체 조리개 모양은 또한 직사각형 plasmonic nanopore 15 트래핑에 대해 발표했습니다. 이중 nanohole 트랩으로 표시 기타 유리한 자질은 입자 크기 선택 행동 7, 단일 트래핑 위치 (다중 입자 트래핑을 제한하는)와 제조 (16)의 용이성 등이 있습니다. 사소한 거짓말을 사용하여에 대한 대안으로 두 번 nanoholes은 콜로이드 석판을 사용하여 제조 될 수있다Y 6.
대형 polarizability과 크기의 생물 소재 트래핑은 세포 17,2,18, 담배 모자이크 바이러스 3 조작 거실과 대형 유전체 입자 19과 끝에 묶여 DNA의 가닥의 스트레칭, 박테리아 3 포함했다; 작은의하지만, 직접 트래핑 테 더링이없는 생물학적 샘플 도전 남아 있습니다. 이 트래핑 구성은 작은 생물 입자가 손상 또는 테 더링없이 오랜 기간 동안 개최 될 수 있도록 기존의 조명 핀셋과 원형 nanohole보다 낮은 빛의 농도에 작은 유전체 입자를 포집 할 수 있습니다. 또한, 트래핑 이벤트가 이러한 방법의 설치가 민감한 센서로 작동하고 바이러스와 단백질과 같은 작은 생물 입자를 감지 할 수 있도록 높은 신호 대 잡음 비율을 나타냅니다. 사실, 20 나노 미터 폴리스티렌 분야가 가장 작은 생물 입자과 비교 1.59의 굴절률이바이러스 있습니다. 이 방법은 생물 입자를 포함한 나노 입자의 고정 및 조작을위한 안정적이고 성숙한 기술, 역할을 할 수있을 것입니다.
이 기술의 응용은 마이크로 유체 환경에 통합이 포함되어 있습니다. 대신에 하나의 마이크로 유체 챔버를, 채널은 동적으로 굴절률 감지를위한 이상적인 환경을 제어하는 데 사용됩니다. 이러한 설정은보다 안정적이고 강력한 설정과 용질의 빠른 분석으로 이어지는 하나의 마이크로 유체 칩에서 설정 될 것입니다. 또 다른 방법은 단일 형광 태그 바이러스, 반도체 양자 점과 녹색 형광 단백질의 특성에 대한 형광 검출 방식의 개발입니다. 이 설치는 매우 작은 샘플 분석 할 수 있도록, 하나의 바이러스 나 단백질의 바이오 센서에 변형에 대한 가능성이 있습니다. 마약 발견 21 질병과 감염 검출 (22)는 하나의 단백질 검출기를 높일 수 있습니다. 라만 SPEctroscopy는 입자 및 단일 결합 사건의 라만 신호의 검출을위한 통합 할 수 있습니다. 이중 nanohole 구조는 끝이 강화 라만 분광법 23 적절한 방법으로 강력한 지역 현장 개선을 할 수 있습니다. 재료 특성의 구체적인 라벨이없는 방법은 또한 라만 분광법 24를 사용하는 것이 가능해 질 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 자연 과학 및 캐나다 발견 교부금 공학 연구위원회 (NSERC)에서이 서적 및 자금을 후원 해 주신 Thorlabs을 인정합니다. 우리는이 비디오 문서의 제작 생산 지원을 위해 브라이스 Cyr와 더글러스 Rennehan 감사드립니다.
Name | Manufacturer | Serial Number | Comments |
Immersion Oil | Cargille Labs | 16484 | Quantity: 1 |
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning Canada | Quantity: 1 Contains both PDMS base and curing agent |
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Gold Coated Test Slides | EMF Corp | Cr/Au | Quantity: 1 A Ti adhesion layer can be used as well |
No 1.5 Coverslips | Fisher Scientific | 12-541-B | Quantity: 1 |
Focused-Ion Beam System | Hitachi | FB-2100 | |
Portable Data Acquisition Module | Omega Engineering | USB-4711A | Quantity: 1 |
Linear Stage | Parker | 4034M | Quantity: 1 |
Laser Diode Head and Controller | Sacher Lasertechnik Group | TEC 120 | Quantity: 1 Manual Tunable Littrow Laser System |
Digital Oscilloscope | Tektronics | TDS1012 | Quantity: 1 |
20 nm Nanosphere Size Standards | Thermo Scientific | 3020A | Quantity: 1 |
1″ Lens Mount | Thorlabs | LMR1 | Quantity: 1 |
0.3″ Lens Tube | Thorlabs | SM1L03 | Quantity: 2 |
Absorptive ND 4.0 Filter | Thorlabs | NE40A | Quantity: 1 |
Aluminum Breadboard | Thorlabs | MB1824 | Quantity: 1 |
Avalanche Photodiode | Thorlabs | APD110A | Quantity: 1 |
Digital Optical Power Meter | Thorlabs | PM100 | Quantity: 1 Obsolete, others will do |
Force Measurement Module | Thorlabs | OTKBFM | Quantity: 1 |
Kinematic Mirror Mount | Thorlabs | KM200-E03 | Quantity: 1 With Near IR Laser Quality Mirror |
Laser Diode Constant Current Driver | Thorlabs | LD1255R | Quantity: 1 |
LD1255 Optical Table Mounting Plate | Thorlabs | LD1255P | Quantity: 1 |
Mounted Achromatic Half-Wave Plate | Thorlabs | AHWP05M-980 | Quantity: 1 690 – 1200 nm |
Optical Tweezer Kit | Thorlabs | OTKB/M | Quantity: 1 Metric or Imperial |
Post Holder Base | Thorlabs | BA2 | Quantity: 2 |
Power Supply | Thorlabs | PS-12DC-US | Quantity: 1 |
Power Supply Cable | Thorlabs | LD1255-CAB | Quantity: 1 |
Right Angle Plate | Thorlabs | AP90 | Quantity: 1 |
Right Angle Post Clamp | Thorlabs | RA90 | Quantity: 1 |
Stainless Steel Optical Post | Thorlabs | TR3 | Quantity: 1 |
Table Clamp | Thorlabs | CL1 | Quantity: 2 Obsolete, others will do |
Thermal Sensor | Thorlabs | PM210 | Quantity: 1 For digital optical power meter |
100 pF Capacitor | Quantity: 1 Any brand, not critical |
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200 KOhm Resistor | Quantity: 1 Any brand, not critical |
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Acrylic Sheet | Quantity: 3″ x 1″ Any brand, not critical |
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Assortment of coaxial cables, wires and connectors | As needed | ||
Breadboard | Quantity: 1 Any brand, not critical |
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Concave Lens | Quantity: 1 Any brand, not critical |
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Diamond Cutter | Quantity: 1 Any brand, not critical |
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Double Sided Tape | Any brand, not critical | ||
Razor Blade | Quantity: 1 Any brand, not critical |
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Tweezers | Quantity: 1 Any brand, fine tipped |