De schaalbaarheid en resolutie van conventionele optische manipulatietechnieken worden beperkt door diffractie. We omzeilen de diffractielimiet en beschrijven een methode om nanodeeltjes optisch over een chip te transporteren met behulp van een gouden oppervlak voorzien van een pad van nauw geplaatste C-vormige plasmonische resonantors.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fabricage en exploitatie van een Nano-Optical transportband
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De techniek van het gebruik van geconcentreerde laserstralen te vangen en uit te oefenen krachten op kleine deeltjes heeft vele cruciale ontdekkingen in de nanoschaal biologische en fysische wetenschappen ingeschakeld in de afgelopen decennia. De vooruitgang op dit gebied nodigt verdere studie van nog kleinere systemen en op een grotere schaal, met gereedschappen die gemakkelijker kunnen worden verspreid en meer op grote schaal beschikbaar gesteld. Helaas is de fundamentele wetten van diffractiegrens de minimumgrootte van de focale vlek van een laserbundel, welke deeltjes kleiner zijn dan een halve golflengte maakt diameter moeilijk te vangen en verhindert in het algemeen een operator discrimineren tussen deeltjes die dichter bij elkaar zijn dan de helft -wavelength. Dit verzet tegen de optische manipulatie van vele hechte nanodeeltjes en beperkt de resolutie van optische-mechanische systemen. Bovendien manipulatie met behulp van gerichte balken vereist-bundel vormen of stuur optica, die zeer omvangrijk en duur kan zijn. Aan te pakkendeze beperkingen in het systeem schaalbaarheid van conventionele optische trapping ons lab heeft een alternatieve techniek die near-field optics gebruikt om deeltjes bewegen over een chip bedacht. In plaats van zich te concentreren laserstralen in het verre veld, de optische nabije veld van plasmonische resonatoren produceert de nodige lokale optische intensiteit verhoging van de beperkingen van de diffractie te overwinnen en te manipuleren deeltjes met een hogere resolutie. Dicht bij elkaar gelegen resonatoren produceren sterke optische vallen die kunnen worden aangepakt om de hand-off van de deeltjes van de ene bemiddelen naar de volgende in een lopende-band-achtige manier. Hier beschrijven we hoe het ontwerpen en produceren van een transportband met een gouden oppervlak patroon met plasmonische C-vormige resonatoren en hoe te werken met gepolariseerd laserlicht om super-resolutie nanodeeltjes manipulatie en het vervoer te bereiken. De nano-optische transportband chip kan worden geproduceerd met behulp van lithografie technieken en gemakkelijk verpakt en gedistribueerd.
Inleiding
Vastleggen, ondervraging en manipulatie van enkele nanodeeltjes zijn van toenemend belang in de nanotechnologie. Optische pincetten hebben een bijzonder succesvolle manipulatie techniek voor experimenten in de moleculaire biologie 1-4, 5-7 chemie en nano-assemblage 7-10, waar ze baanbrekende experimenten mogelijk, zoals het meten van de mechanische eigenschappen van afzonderlijke DNA-moleculen en 4 worden het sorteren van cellen door hun optische eigenschappen 11,12. Ontdekkingen in de volgende grenzen openstellen van de studie van nog kleinere systemen, en ze maken voor de engineering van nieuwe vrijwel heilzame producten ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Ontwerp van de C-vormige Gravure (CSE) Array
- Het ontwerp van de array patroon.
Figuur 1. CSE Layout. Afbeelding van transportband herhalen element. Succesvolle vervoer is bereikt met behulp van d y = 320 nm en d x = 360 nm. Aangrenzende paren gravures hebben een 60º relatieve rotatie-offset. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Bepaal de gewenste p....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Figuur 7 is een beeld van de uiteindelijke inrichting. In het midden van de 1 cm x 1 cm goudoppervlak is de matrix van CSE en transportbanden patronen, die nauwelijks kan worden gezien vanuit een schuine zicht. Figuur 6 is een scanning elektronenmicroscoop beeld van een voorbeeld CSE patroon op de uiteindelijke inrichting.
Het deeltje beweging van een 390 nm polystyreenparel over een nano-optische transportband 5 urn in lengte reizen is getoond in fi.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De NOCB combineert de sterke vangen krachten en kleine val grootte van plasmonische aanpak met de mogelijkheid om deeltjes, lang alleen beschikbaar voor conventionele gefocusseerde bundel technieken vervoeren. Uniek aan de NOCB het vangen en transporteigenschappen van het systeem zijn het gevolg van patronen aan oppervlakken en niet van de vormgeving van de belichtingsbundel. Mits de verlichting helder genoeg en de polarisatie of golflengte kan worden gemoduleerd, deeltjes kan worden opgeslagen of vervoerd in gecomplice.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De auteurs willen Professor Yuzuru Takashima van de Universiteit van Arizona bedanken voor de discussies over optische beeldvorming, de heer Karl Urbanek voor de assistentie met krachtige lasers en Max Yuen voor de discussies over Brownse beweging. De auteurs willen ook Professor Kenneth Crozier van de Harvard Universiteit bedanken voor de nuttige discussies over optische vangen experimenten. De financiering werd gedeeltelijk verstrekt door de United States National Science Foundation (toekenningsnummer 1028372).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| HSQ e-beam resist | Dow Corning | XR-1541-006 | |
| PMMA | MicroChem | 950A2 M230002 | |
| Fast curing optical adhesive | Norland Optical Adhesive | NOA 81 | |
| Fluorescent carboxyl microspheres | Bangs Laboratories | FC02F, FC03F | |
| Fluorescent carboxylate-modified microspheres | Molecular Probes | F-8888 | |
| Quartz slide | SPI Supplies | 1020-AB | |
| Inverted fluorescent microscope | Nikon | ECLIPSE TE2000-U | |
| Nd:YAG laser | Lightwave Electronics | 221-HD-V04 | |
| sCMOS camera | PCO | EDGE55 | |
| CCD camera | Watec | WAT-120N | |
| Zero-order half-wave plate | Thorlabs | WPH05M-1064 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Distilled water | Invitrogen | 10977-023 | |
| Si Wafer | Silicon Quest International | 708069 | |
| Optical lenses | Thorlabs |
Referenties
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M. Optical Trapping and Manipulation Of Viruses and Bacteria. Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).
- Svoboda, K., Block, S. M. Biological Applications of Optical Forces. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).
- Neuman, ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
