Abstract
הטכניקה של שימוש בקרן לייזר ממוקד למלכודת ומפעיל כוחות על חלקיקים קטנים אפשרה רבות תגליות מרכזיות במדעים ביולוגיים ופיסיים בקנה מידה ננומטרי בעשורים האחרונים. ההתקדמות בתחום זה מזמינה מחקר נוסף של מערכות קטנות עוד יותר ובקנה מידה גדולה יותר, עם כלים שיכולים להיות מופץ בקלות רבה יותר ונעשו יותר זמין באופן נרחב. למרבה הצער, את חוקי היסוד של עקיפה להגביל את הגודל המינימאלי של נקודת המוקד של קרן לייזר, מה שהופך את חלקיקים קטנים יותר ממחצית אורך גל בקוטר קשה מלכודת ובדרך כלל מונע מפעיל להפלות בין חלקיקים שהם קרובים יותר ממחצית -wavelength. זה מונע את המניפולציה האופטית של ננו-חלקיקים באופן הדוק ברווח רב ומגביל את הרזולוציה של מערכות אופטיות-מכאניות. יתר על כן, מניפולציה באמצעות אלומה ממוקדת דורשת אופטיקה יוצרי קרן או היגוי, אשר יכול להיות מאוד מגושם ויקר. כדי לטפל במגבלות אלה במערכת הרחבה של המעבדה השמנה אופטית הקונבנציונלית שלנו פיתחו טכניקה חלופית אשר מנצלת אופטיקה שדה קרוב להעביר חלקיקים על פני שבב. במקום להתמקד בקרן לייזר בשדה הרחוק, השדה ליד האופטי של תהודה plasmonic מייצר שיפור עוצמת אופטית המקומי הדרוש כדי להתגבר על המגבלות של דיפרקציה ולתפעל חלקיקים ברזולוציה גבוהה יותר. תהודה מקרוב ברווח לייצר מלכודות אופטיות חזקות שניתן לטפל לתווך יד משל חלקיקים מאחד למשנהו באופן מסוע-כמו החגורה. כאן אנו מתארים כיצד לעצב ולייצר מסוע באמצעות משטח זהב בדוגמת עם תהודה C בצורת plasmonic ואיך להפעיל אותו עם אור הלייזר מקוטב להשיג מניפולציה ננו-חלקיקים ברזולוציה סופר ותחבורה. שבב מסוע ננו-אופטי יכול להיות מיוצר תוך שימוש בטכניקות ליתוגרפיה וארוז בקלות והפיץ.
Introduction
לכידה, חקירה ומניפולציה של חלקיקים בודדים הן של גידול חשיבות בננוטכנולוגיה. פינצטה אופטית הפכה טכניקת מניפולציה מוצלחת במיוחד עבור ניסויים בביולוגיה מולקולרית 1-4, 5-7 כימיה וננו-7-10 הרכבה, שבו הם אפשרו ניסויי פריצת דרך כגון המדידה של התכונות מכאניות של מולקולות דנ"א יחידים 4 ו המיון של תאים על ידי התכונות אופטיות שלהם 11,12. תגליות בגבולות אלה לפתוח את המחקר של מערכות קטנות עוד יותר, והם עושים את הדרך להנדסה של מוצרים מועילים כמעט חדשים וטכניקות. בתורו, מגמה זו מניעה את הצורך בטכניקות חדשות כדי לתפעל חלקיקים קטנים יותר, בסיסיים יותר. בנוסף, יש דחיפה לבנות התקנים 'מעבדה-על-שבב "כדי לבצע פעולות אלה במחיר זול יותר ובחבילה קטנה יותר על מנת להביא כימי ובדיקות ביולוגיות ממעבדה ולתוך השדה למטרות רפואיות ואחרות 13,14.
לרוע המזל, השמנה קונבנציונלית אופטית (COT) לא יכולה לעמוד בכל הדרישות הגוברת של ננוטכנולוגיה. COT פועל על המנגנון של שימוש בעדשת צמצם מספרי גבוה (NA) מטרה להביא אור הלייזר למיקוד חזק, יצירת שיא מקומי בעוצמה אופטית והדרגות גבוהות באנרגית השדה האלקטרומגנטי. מילויים צפיפות אנרגיה אלה להפעיל כוח שקול על חלקיקי פיזור אור אשר בדרך כלל מושך אותם בכיוון מרכז הפוקוס. לכידת חלקיקים קטנים יותר דורשת יותר כוח אופטי או מיקוד הדוק יותר. עם זאת, אלומה ממוקדת של אור מצייתת לעיקרון של התאבכות, אשר מגביל את הגודל המינימלי של נקודת המוקד ומציב גבול עליון לשיפוע צפיפות אנרגיה. לכך יש שתי השלכות מיידיות: חפצים קטנים COT לא יכול ללכוד ביעילות, וCOT מתקשה להבחין בין חלקיקים צפופים, רזולוציה השמנהמגבלה ידועה כבעיה "האצבעות השמנות". בנוסף, יישום לכידת חלקיקים מרובה עם COT דורש מערכות של אופטיקה קרן-היגוי או מאפנני אור מרחבי, רכיבים אשר באופן דרסטי להגדיל את העלות ומורכבות של מערכת לכידה אופטית.
אחת דרכים לעקוף את המגבלות הבסיסיות של אלומה ממוקדת הקונבנציונלית של אור, אמרה להפיץ בשדה המרוחק, הוא לנצל במקום הדרגתיים של אנרגיה אלקטרומגנטית אופטית בתחום הקרוב. השדה ליד דועך אקספוננציאלית הרחק ממקורות של שדות אלקטרומגנטיים, מה שאומר שלא רק שזה מקומי מאוד למקורות אלה, אך היא גם מציגה הדרגתיים גבוהה מאוד בצפיפות האנרגיה שלה. השדות ליד של תהודה ננו-מתכתי, כגון פתחי עניבת פרפר, עמודי ננו, ותחריטים בצורת C, שהוכחו תערוכה ריכוזים חריגים של אנרגיה אלקטרומגנטית, משופרת עוד יותר על ידי פעולת plasmonic של זהב וכסף בכמעט infrאורכי גל הנגר ואופטיים. תהודה אלה היו בשימוש לחלקיקים קטנים מאוד מלכודת ביעילות גבוהה ורזולוציה 15-22. בעוד טכניקה זו הוכחה כיעילה בלכידת חלקיקים קטנים, יש לו גם הוכח להיות מוגבל ביכולתה להעביר חלקיקים מעל טווח ניכר, אשר הוא הכרחי אם מערכות שדה קרוב הן לממשק עם מערכות שדה רחוק או מיקרופלואידיקה.
לאחרונה, הקבוצה שלנו הציעה פתרון לבעיה זו. כאשר תהודה ממוקמות קרובה מאוד זה לזה, חלקיקים יכולים בעיקרון להעביר ממלכודת אחד ליד שדה-אופטית למשנהו מבלי ששוחרר מהמשטח. הכיוון של תחבורה ניתן לקבוע אם ניתן להפעיל מלכודות סמוכות לסירוגין בנפרד. מערך ליניארי של שלוש או יותר תהודה למיעון, שבו כל מהוד הוא רגיש לקיטוב או אורך גל של אור שונה מזה של שכנותיה, עובד כמסוע אופטי, הובלת nanopartiמלקקים על פני מרחק של כמה מיקרונים על שבב.
מה שנקרא "ננו-האופטי המסוע '(NOCB) הוא ייחודי בין תוכניות השמנה מהוד plasmonic, שלא רק שהוא יכול להחזיק חלקיקים במקום, אבל זה גם יכול להעביר אותם במהירות גבוהה לאורך מסלולים בדוגמת, לאסוף או לפזר חלקיקים, לערבב ולתור אותם, ואפילו למיין אותם לפי מאפיינים כגון הניידות שלהם 23. כל פונקציות אלה נשלטים על ידי ויסות הקיטוב או אורך הגל של תאורה, ללא צורך באופטיקה קרן-היגוי. כמלכודת אופטית שדה קרוב, NOCB השמנה רזולוציה גבוה יותר מזה של מלכודות אופטיות ממוקדת-קרן קונבנציונליות, כך שהוא יכול להבחין בין חלקיקים בסמיכות; משום שהיא משתמשת ננו-מבנה מתכת להתרכז אור להשמנה גם, זה כוח יעיל, ואינו דורש רכיבים אופטיים יקרים כגון מטרת NA גבוהה. יתר על כן, NOCBs רב עשוי להיות מופעל במקביל, בחדר עבודה של אריזה גבוההסיטי, באותו המצע, וW 1 של כוח יכול לנהוג מעל 1200 פתחי 23.
יש לנו לאחרונה הפגין NOCB מונע הקיטוב הראשון, בצורה חלקה הנעת ננו-חלקיקים הלוך ושוב לאורך מסלול של 4.5 מיקרומטר 24. במאמר זה אנו מציגים את הצעדים דרושים כדי לתכנן ולייצר את המכשיר, אופטיים להפעיל אותו ולשחזר את ניסוי התחבורה. אנו מקווים כי ביצוע טכניקה זו זמינה יותר יעזרו לגשר על הפער בין גודל אופטיקה מיקרופלואידיקה, השדה הרחוק, והתקני ננו וניסויים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. חריטת C בצורת מערך עיצוב (CSE)
- עיצוב תבנית המערך.
איור 1. CSE פריסה. תיאור של אלמנט חוזר מסוע. תחבורה מוצלחת הושגה באמצעות y = 320 ננומטר ד וד x = 360 ננומטר. יש זוגות סמוכים של תחריטי סיבוב ביחס 60º קיזוז. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
- לקבוע את הנתיב הרצוי של חלקיקים על פני מצע מישוריים.
- באמצעות תכנית CAD, ליצור מערך דו-ליניארי של מצולעים C בצורה לאורך השביל, כל מצולע בכל זוג לסובב ברציפות 30 ± 90 ° על הקמור שלה, כפי שמוצג באיור 1. בגלל של חלקיקים נolume בערך קובע טווח מסירתה 22, לא משאיר קוטר חלקיקים יותר מאחד מפריד בין זוגות ברציפות, ולא משאיר יותר מ -90% מהמרחק הזה בין מרכזי מצולע בזוג.
הערה: התייחסות, מחקרים קודמים הצביעו על כך שתחומי קלקר של 390 ננומטר בקוטר לעיל מתאימים ביותר להובלה לאורך מערך כזה CSE. חרוזים קטנים כמו 200 ננומטר ניתן להשפיע, אם כי לא באופן מהימן. עם זאת, חרוזים גדולים יותר מ -500 ננומטר מרגישים כוחות מתחרים חזקים מקורה תאורה ממוקד.
- ודא כוחות המסירה לאורך תבנית המערך באמצעות שיטה מספרית כדי לפתור משוואות מקסוול. בעוד ההליך המתואר במסמך זה מתייחס לאלמנטים סופי השיטה (FEM) מיושמת על ידי COMSOL התוכנה המסחרית, ניתן להתאים שיטה זו לשיטות מספריות אחרות ויישומים.
- צייר את הגיאומטריה שיטה מספרית אשר מאכלסת את ממדי דפוס מישוריים ושלוחהמסתיים לפחות 200 ננומטר מתחת למטוס הדפוס ו -600 ננומטר מעל למישור. מתחת למטוס, כולל תחום לייצג את המצע ומעל למישור תחום לייצג את תא הנוזל. Extrude ננומטר בצורת C מישוריים דפוס 150 כלפי מטה לתוך המצע, דומיינים 3D לייצג את הפנים של התחריטים. להציג תחום חלקיקים עם הצורה הרצויה.
- ודא שיש לפחות 200 ננומטר של שטח בין החלק העליון של החלקיקים והתקרה של הסימולציה הנפח ולהתאים את היקפי הסימולציה לפי צורך. להוסיף שכבות התאמה מושלמת לפחות 500 ננומטר בעובי לגבולות הפתוחים של הסימולציה לספוג קרינה החוצה.
- הגדר את תכונות חומר האלקטרומגנטי של תחום מעל הממשק לאלה של מים, תכונות חומר של הפנים של התחריטים בצורת C לאלו של מימן-silsesquioxane (HSQ), ואת תכונות חומר של החומר שנותר לאלה של גולד. הגדר את תכונות חומר של החלקיקים לאלה של קלקר או חומר אחר של בחירה. לשם פשטות, להשתמש במודלי חומר אלקטרומגנטית ליניארי.
הערה:. גבולות z מדגם גיאומטריה 3D מלאה מוצגת באיור 2 במקרה זה, תחומים חומר PML בx ± הקרטזיאני, ± y, ו+ לספוג שדות נועדו להפיץ לאינסוף. עובי PML מוגדר להיות 5 פעמים את גודל אלמנט רשת טטראהדרלי המרבי, השוו ל 5 x 100 ננומטר = 500 ננומטר. - אם r r וμ חדירות ɛ permittivity נדרש תשומות לפותר המספרי ביד, להשתמש permittivity יחסי של 1.96 לHSQ, 1.77 למים, ו-52.15 - 3.57i לזהב. כוון את כל permeabilities ביחס ל1. אם נדרשים רכוש חומרי אלקטרומגנטיות אחרת מאשר permittivity וחדירות, להשתמש בערכים אלה כדי להפיק את התשומות הנדרשות על פי זהויות אלקטרומגנטית סטנדרטיים. השתמש בo הסימן המתאימהF החלק הדמיוני של זהב פי אמנת הסימן הרמוני הזמן המורכב של הפותר המספרי (זה צריך להיות שלילי תחת exp (+ כנס iωt) וחיובי תחת exp (- האמנה לא אני ω)).
- צייר את הגיאומטריה שיטה מספרית אשר מאכלסת את ממדי דפוס מישוריים ושלוחהמסתיים לפחות 200 ננומטר מתחת למטוס הדפוס ו -600 ננומטר מעל למישור. מתחת למטוס, כולל תחום לייצג את המצע ומעל למישור תחום לייצג את תא הנוזל. Extrude ננומטר בצורת C מישוריים דפוס 150 כלפי מטה לתוך המצע, דומיינים 3D לייצג את הפנים של התחריטים. להציג תחום חלקיקים עם הצורה הרצויה.
איור 2. סימולציה גיאומטריה. דוגמא לגיאומטריה סימולציה נומרית בCOMSOL תוכנת אלמנטים סופי השיטה המסחרית. שתי תקופות מסוע מדומה עם = ננומטר ד y 320 וד x = 360 ננומטר ותחום קוטר 500 ננומטר. אזורים מוצלים הם חומר) HSQ, פוליסטירן ב), ג) זהב, והמים ד). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
- Discretize הסימולציה הנפח עם מטר tetrahedral אדפטיביתאש. להגביל את הגודל המרבי של אלמנטי הרשת בתפזורת לא גדול מ -100 ננומטר. יתר על כן, להגביל את הגודל המרבי של אלמנטי רשת 30 ננומטר על פני השטח הכדור ו -30 ננומטר על משטחי החריטה כדי להגדיל את הדיוק במבנים קריטיים. שיעור צמיחה מתון של רשת על 1.4 יש להשתמש כדי לשמר את איכות אלמנט רשת באזורים אלה, וגודל רשת מינימום גם יכול להיות מוגדר בהיקף בלתי צפויה להגביל את התנהגות רשת מסתגלת.
- לעירור אופטי, להגדיר גל מטוס הרמוני רקע עם אורך גל שטח פנוי של 1,064 ננומטר שהוא בדרך כלל אירוע ושיקף הנחה של מצע הזהב מישוריים כאילו התחריטים והחלקיקים נעדרו. השתמש במשוואות פרנל הוערכו בזווית נורמלית של שכיחות לחשב מקדמי השתקפות גל מטוס והולכה. בחר את הקיטוב של הגל הזה, כך שהשדה החשמלי מיושר עם הרכס של חריטה בצורת C. לנרמל את עוצמת גל המטוסלmW 1/2 מיקרומטר.
- לפתור לשדות אלקטרומגנטיים המפוזרים בקבוצה של סימולציות, גורף את פרמטר עמדת חלקיקים מקצה אחד של המסלול לצד השני תוך החזקת הגובה של החלקיקים קבועים במרחק של מספר ננומטרים את פני השטח. גובה נמוך כמו 5 ננומטר נוטה לחזות פוטנציאל השמנה חזק מאוד, ואילו גובה רב יותר לחזות פוטנציאל השמנה חלק יותר. למעשה, התנועה בראונית תבטיח כי חלקיקים אמיתיים יחקרו מגוון רחב של גבהים מעל פני השטח.
הערה: משאבים וזמן חישובית ישתנו עם גודל מספרי מערכת, שיטה מספרית, וחומרת מחשב. - חזור על שלבים 1.2.5 ו1.2.6 לקיטוב מיושר עם כל אחד משני כיווני C-צורת הקיטוב-מובחן האחרים, כמו זווית קיטוב נלקחת מודולו 180 °.
- לכל סימולציה בשלוש קבוצות, לחשב את הכח שקול על החלקיק על ידי שילוב השטף של טנסור מתח מקסוול-מינקובסקי דרך משטח שסוגר לחלוטין את החלקיקים אבל לא לעבור בכל ממשקי חומר.
- לכל קיטוב, לחשב את העבודה שנעשתה נגד כוחות אופטיים על ידי ביצוע שביל נפרד מהכוח האופטי נטו השלילי על דרכן של החלקיקים הבאים בכל אצווה, כפי שמוצגים באיור 3.
איור 3. השמנת אימות. השמנה יציבה ניתן להדגים על ידי התוויית הפוטנציאל האופטי של מדינות הפעלה. תקופה אחת של רק שלושה מנועי חיפוש מותאמים אישית מנותחת לפשטות. ואכן, עומק מלכודת כולל מספיק (> 10 k B T) ללכידה יציבה בחריטה הופעלה לכל מדינה ומדינה, B, ו- C. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4. ניתן להדגים Handoff האימות. Handoff ידי התוויית הפוטנציאל האופטי של (אור אדום) ישן ומדינות חדשות הפעלה (אדום בהיר) ברצף. תקופה אחת של רק שלושה מנועי חיפוש מותאמים אישית מנותחת לפשטות. במהלך מסירה מA ל- B ו- B ל- C, מחסום הפוטנציאל בכיוון התנועה רצויה בין שתי עמדות אלה הוא קטן יותר שני (B T k 1) הקטן ויותר מזה בכיוון ההפוך, מצביע על כך שהמסירה מבוקרת היא סבירה. המסירה מC לקשה ביותר בגלל המחסום בין-המלכודת נשאר גדול בכל הקיטובים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
- ודא לכל קיטוב, B, ו- C שיש מחסום אנרגיה של 10 K לפחותB T בגובה שני צדי מינימום הפוטנציאל בכל תקופה של שלושה Cs. עיין באיור 3 לזיהוי חזותי של המינימום ומחסומים הפוטנציאליים.
הערה: שלב זה קובע אם החלקיקים יהיו לכודים ביציבות על המסוע המוצע ללא דילוג קדימה ואחורה. בשל הליניאריות של גלים אלקטרומגנטיים והשימוש במודלי חומר ליניארי, מחסום האנרגיה הוא פרופורציונאלי לעוצמת גל מטוס המרגש. - ודא שמחסומי האנרגיה בין מלכודות הסמוכות ולטבול B מלכודות להלן B T k 1 כאשר הקיטוב הוא הסתובב ברציפות מA ל- B במסירת חלקיקים. חזור לסיבוב קיטוב מ- B ל- C, ו- C לא עיין באיור 4 לזיהוי חזותי של מינימום אלה מעבר מסירת הפוטנציאל ומחסומים.
הערה: שלב זה קובע אם החלקיק באופן מהימן להעביר ממלכודת למלכודת B במהלך סיבוב קיטוב. חלקיקיםבקלות להתגבר על מחסום של B T k גובה 1 כדי לעבור לבור פוטנציאל עמוק יותר. - אם יש מחסום אנרגיה מספיק בשלב 1.2.10 או כל מחסום אנרגיה שהוא חזק מדי בשלב 1.2.11, להתאים את העיצוב. באופן כללי, להעלות מחסומי אנרגיה, להגדיל את שטח חלוקת תחריטי C בצורה. כדי להוריד את מחסומי אנרגיה, להביא את התחריטים ביחד קרוב. הימנע מפגיש אותם קרובים יותר משני מעמקי עור (40 ננומטר), כתחריטים שהם קרובים מדי זה עלולים לשבש אחד של זרמים אחר תהודה, אשר מפחית את יעילות השמנה כוללת. חזור על שלב 1.2 מחדש לאמת את הפוטנציאל האופטי.
2. לפברק מערך CSE
הערה:. תרשים התהליך מוצג באיור 5 תהליך זה הוא בהשראת העבודה בנ"צ. 25 ו -26.
איור 5. מנוע חיפוש מותאם אישית תהליך. תהליך זרימת תרשים של תהליך הפשטה-תבנית השכבה הכפולה. ליתוגרפיה E-הקרן עם 100 אנרגיית קאב נהגה לחשוף את דפוס המסוע בHSQ להתנגד. השכבה דקה PMMA מתחת HSQ נועדה להקל על רצועה פעמית הסופית (שחרור) של המכשיר מהמצע Si. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
- לרכוש רקיק נקי, מלוטש סיליקון ולהביא אותו לחדר נקי המצויד לתהליכים ליתוגרפיה סיליקון.
- נקה את פרוסות סיליקון להסרת זיהום ותחמוצות אורגניים על פני השטח.
- לטבול את פרוסות ב9: H 1 2 SO 4: H 2 O 2 פתרון ב 100 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות. אמבטיה של L לפחות 1 מבטיחה ניקוי חזק, אם כי פחות כימי רשאי להתיר עיבוד רקיק בטוח וקל יותר כמו מתקנים דורשים.
- טובלים את wafer ב-50: פתרון 1 HF למשך 30 שניות. אמבטיה של L לפחות 1 מבטיחה ניקוי חזק, אם כי פחות כימי רשאי להתיר עיבוד רקיק בטוח וקל יותר כמו מתקנים דורשים.
- לשטוף ביסודיות עם מים די הרקיק וספין-לייבש אותו.
- מעיל ספין 50 ננומטר PMMA (עובי הוא לא קריטי).
- לחרוך אופה את פרוסות סיליקון ב 150 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות.
- מעיל ספין רקיק מלוטש, נקי סיליקון עם 2% 950K פולי-מתיל-methacrylate (PMMA) בסל"ד 5000 במשך 40 שניות. החל PMMA עם טפטפת, נחיתת 20-25 טיפות של להתנגד במרכז של פרוסות סיליקון לפני תחילת הסיבוב.
- ההודעה לאפות PMMA להתנגד על פלטה חשמלית ב 200 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.
- מעיל ספין 150 HSQ ננומטר (באותו יום כצעד הבא).
- ספין על נימה שלילית HSQ להתנגד ב 900 סל"ד דקות 1. החל HSQ עם טפטפת פלסטיק, נחיתה שוב 20-25 טיפות של להתנגד במרכז של פרוסות סיליקון לפני תחילת הסיבוב.
- ההודעה לאפות HSQ להתנגד בhotplאכלתי על 80 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.
- לחשוף ולפתח את דפוס שימוש בטכניקות אלומת אלקטרונים ליתוגרפיה (אותו יום כמו שלב קודם). התהליך נובע מהפגנת השכבה הכפולה PMMA / HSQ נ"צ. 27.
- תרגום עיצוב הצללית לפורמט GDSII לדפוסי אלומת אלקטרונים במערך מינון. כוללים סימני יישור וביאורים אשר לפחות 5 מיקרומטר בגודל כדי לזהות את ננו תחת מיקרוסקופ אופטי. מערך המינון צריך לנוע בין 800-4,000 μC / 2 סנטימטר.
- השתמש בכלי חשיפה ליתוגרפיה קרן אלקטרונים כדי לחשוף את המערך במתח מאיץ 100 קילו וולט וצמצם של 60 מיקרומטר, אשר מייצר נוכחית של 500 הרשות הפלסטינית. חשיפת קרן אלקטרונים ניתן גם תחת מתח ההאצה נמוך סיפק קרן הנוכחית, מינון, ותיקון דפוס הקרבה מותאמות בהתאם.
- דה לפתח HSQ נחשף על ידי השריית הרקיק בהידרוקסיד tetramethylammonium 2.2% (TMAH)פתרון veloper למשך 90 שניות. בעדינות להתסיס את הפתרון על ידי דוחף את צלחת מפתח כל 10 שניות. לאחר זמן הפיתוח עבר, להפסיק מייד את הפיתוח על ידי שטיפת המשטח במים למשך 60 שניות.
- מעיל שכבה של 200 ננומטר הזהב בעובי, ואחריו שכבה של נחושת 1000 ננומטר בעובי, במקרטע magnetron. הקפד להשתמש בכלי המקרטעת המקרטעת זהב ששיעור כבר מכוילים כך שעובי היעד יושג בתוך 20%. שיעורים מקרטעות ישתנו בין כלים. להחטיא את המטרה בעובי זהב היא מקובלת, כפי שהיא להחטיא את המטרה בנחושת.
- דבק קוורץ 1 סנטימטר x 1 סנטימטר אחורי צלחת על מצע בדוגמת עם אפוקסי UV לריפוי.
- מורחים טיפה אחת של אפוקסי UV לריפוי על צד הנחושת של המדגם בכיכר 1 ס"מ על 1 סנטימטר שכיסתה את האזור בדוגמת המכשיר.
- החל צלחת בחזרה קוורץ / זכוכית למשטח נחושת, כדי לוודא שהוא מכסה את כל השטח בדוגמת מכשיר לחלוטין.
- שים oמשקפי בטיחות UV n.
- לנוח הצלחת בחזרה ורקיק על משטח ישר, ולהאיר את אפוקסי מלמעלה עם מנורת UV מבול לכ 30 דקות.
- כבה את מנורת מבול UV ולהסיר את המדגם נרפא.
- שחרר את המכשיר מהמצע סיליקון באמבטית אצטון.
- בעזרת סכין חד, ציון דרך חלקה, נסגרה סביב קוורץ בחזרה צלחת, ולוודא כי הקיצוץ הוא עמוק מספיק כדי לחדור את כל הדרך דרך שכבות המתכת ושני שכבת PMMA מעל פרוסות סיליקון.
- להטביע את המצע באמבט אצטון במשך 6-8 שעות.
- אם לאחר 8 שעות מדגם המכשיר עדיין לא שוחרר מפרוסות סיליקון באופן טבעי, הוצא בזהירות את המכשיר (כולל הצלחת בחזרה קוורץ ושני שכבות המתכת) מפרוסות סיליקון באמצעות טריז או סכין דק.
- יש לשטוף את המדגם וכתוצאה מכך עם אצטון כ 1 דקות ולייבש אותו עם N 2 או אוויר נקי.
- אם יש arקצוות מחוספס דואר של מתכת או דבק שנותר סביב הצלחת בחזרה, לקצץ בזהירות אותם משם עם מספריים תער או במעבדה. זה ישפר את הדינמיקה של הנוזלים במהלך ניסוי השמנה על ידי הבטחת אידוי אחיד מסביב לקצות השבב.
- חנות המדגם במכל להובלה למעבדה האופטית נקי, אבק-הוכחה.
3. מכין את דוגמא הדגימה
- הכן פתרון חרוז פוליסטירן ניאון.
- לדלל פתרון חרוז פוליסטירן ניאון מהריכוז של היצרן ל1x10 9 / ml- 1x10 10 / מיליליטר על ידי הוספת הנפח המתאים ל1 מיליליטר של מים.
- להוסיף 0.05 מיליליטר של חומרים פעילי שטח (ethoxylate פנול octyl) מדגם הדגימה. פעילי השטח מפחית את הנטייה של חרוזים colloidal להיצמד לכל משטחים, וזה גם מעט מגביר את הצמיגות של נוזל המארח.
4. כיול הפוקוס של אופטיעמודות
הערה: סכמטי של המנגנון יכול להיות מופנה באיור 8.
- לכייל את הפוקוס של המצלמה ההדמיה דגימה.
- לרכוש משטח מחזיר חילוף, דוגמת, ושטוח לבדיקה וכיול. מדגם דמה עם סימני יישור עובד היטב.
- הפעל את מנורת כספית מיקרוסקופ ולחכות עד רמת האור התייצבה, ולאחר מכן פתח את תריס המנורה.
- הנח את משטח בדיקה בדוגמת בשדה מיקרוסקופ מבט ולהעבירה לקצה בתחום מרכז תצוגה. התאם מנחתים אור לוודא כי האור הוא לא בהיר מדי להתבונן דרך העינית, אז להסתכל דרך העינית ולהביא את הקצה אל מוקד.
- הזז את הבמה מיקרוסקופ כדי שתבנית היא כעת במרכז שדה הראייה, ולהתאים את ידית המוקד למקסם את החדות של הדפוס.
- הפעל את המצלמה ההדמיה הדגימה ולהתאים את הבהירות והניגודיות לרמת תאורת מיקרוסקופ.
- התאם את מיקוד המצלמה הדגימה עד הדפוס גם הוא בפוקוס למצלמה. הדפוס צריך להיות בפוקוס במבט של שניהם את המצלמה ובעינית מבלי לבצע התאמות מוקדי בעת מעבר בין שתיים.
- כייל את טור ההדמיה קרן כדי להבטיח שהמצלמה ההדמיה קרן הלייזר מתמקדת במצע.
הערה: הנחה היא כי הלייזר ליד-IR כבר בערך collimated ומיושר עם עמודות ההדמיה מיקרוסקופ. כרטיס חיישן IR הוא כלי שימושי כדי לבצע יישור זה. מומלץ לבנות את המערכת כולה בתמיכה מיושרת מראש כגון מערכת כלוב כך שכל אופטיקה יכולה להיות מרוכזת על אותו הציר באופן אוטומטי. מראות Dichroic הוכנסו לאורכי גל קרן והדמיה נפרדים סטנדרטיים, אבל לבטיחות לא צריך לדלוף יותר מ -1% של אורך גל הלייזר.- ודא שכל חוקר בחדר לובש Safet הלייזרמשקפי y עם הכחדה של 10 7 לפחות באורך הגל של פעולת לייזר (1,064 ננומטר) ולהבטיח שתריס קרן לייזר סגור.
- הפעל את מערכת אספקת כוח וקירור לייזר, אך להשאיר את הקרן מוגפת. לחמם את מדיום רווח לייזר.
- ברגע שהמשקפים הם במקום ואת התריס הוא אישר סגור, להפעיל את הלייזר. מניחים בלוק קרן מול הלייזר ולפתוח את התריס כדי למדוד את התפוקה של קרן הלייזר ולוודא, באמצעות מד כוח, שתפוקת כוח הלייזר התייצבה. שמור את בלוק הקרן במקום.
- כדי להגן על המצלמה ההדמיה דגימה מהרמות מזיקות של אור הלייזר, להפוך מנחתים קרן בטוחים במקום מול המצלמה ההדמיה דגימה, כמו גם מראה dichroic לכוון את אנרגיית קרן שנותר למצלמה נפרדת הדמיה קורה. כמו כן, לווסת את הכח של הלייזר באמצעות מנחתים או מפצל קרן קיטוב, כך שכמות מתונה בלבד של כוח (10 mW) עוברת דרךלמנגנון.
- להסיר את חסימת הקרן ולאפשר את הקרן לנסוע דרך המנגנון וליפול על גלאי המצלמה ההדמיה קורה.
- הפעל את המצלמה ההדמיה הקרן ולהתאים את הבהירות והניגודיות לרמת אור הלייזר.
- Defocus קרן הלייזר כך שאזור רחב של רפלקטור הדוגמת מואר באור הלייזר.
- התאם את המיקוד של המצלמה ההדמיה קרן עד התכונות של התבנית הן בפוקוס בו זמנית עם תמונת האור הלבנה של המצלמה ההדמיה דגימה, ולתרגם את המצלמה כך שתחומו המבט מרוכז על שדה הראייה של ההדמיה הדגימה מצלמה. המוקד האפקטיבי בקיזוז בין דימוי האור הלבן ותמונת הקרן מנטרל את פער אורך המוקד של אופטיקה בין הלייזר ואורכי הגל נראים לעין.
- להביא את הלייזר למיקוד עם המצלמה ההדמיה קורה.
- באמצעות המוקד המכויל במצלמה ההדמיה קרן, להתאים את הלייזרמיקוד קרן עד שמתמקד לנקודה הדוקה, ולשנות את מיקום המוקד של הקרן, כך שהוא נופל במרכז שדה הראייה. שימוש בתוכנת ביאור או שיטה אחרת של בחירה, לסמן את המיקום של הקרן בתחום של המצלמה דגימת מבט.
- סגור את תריס קרן לייזר.
5. מלכודת ומניפולציות דגימה עם אנרגיה אופטית
הערה: סכמטי של המנגנון יכול להיות מופנה באיור 8.
- תמונת חרוזי פוליסטירן ניאון.
- החלף את מדגם הדמה וכיסוי להחליק עם coverslip נקי בבעל המדגם של מיקרוסקופ.
- הנח קצה על הקצה הפריקה של מיקרו-פיפטה ולחלץ 2-4 μl של פתרון חלקיקי ניאון מדולל עם פיפטה.
- לאט לאט למלא את הפתרון על coverslip. אם יש בועות, להסיר אותם בעדינות על ידי נשיפת אוויר נקי על הירידה של פתרון.
- גarefully למקם את המכשיר על גבי כתם הפתרון עם משטח זהב פונה כלפי מטה. הפתרון צריך להתפשט על פני כל השטח מתחת למכשיר.
- הזז את הבמה מיקרוסקופ כדי שקצה של שבב מערך המהוד הוא בסמוך למרכז שדה הראייה. להקים מוקד על הקצה של השבב.
- תרגום הבמה מיקרוסקופ כדי שדפוס המהוד הוא בסמוך למרכז שדה הראייה. דגש על ננו-ידי הבאת סימני יישור כהים אל מוקד, ושימו לב שהתהודה עצמם מופיעים כתמים כהים ברקע רפלקטור הבהיר.
- הכנס מסנן להקה עוברת צר מול מנורת הכספית שחוסמת את כל הצבעים אחרים מזה מקביל לשיא ספיגה 'חרוזי הניאון.
- הכנס מסנן להקה עוברת צר מול המצלמה ההדמיה הדגימה שחוסמת את כל הצבעים אחרים מזה מקביל לשיא הפליטה "חרוזי הניאון.
- להביא את תמונת הניאון של החרוזים דואר אל מוקד, וציינו המהירות הממוצעת להיסחף הקולקטיבית שלהם נגד התנועה בראונית בנפרד האקראית שלהם. חכה עד שמהירות הסחיפה הממוצעת של חרוזים מאטה פחות מ -10 מיקרומטר / sec.
הערה: בשל אידוי בקצוות של השבב, ובשל כוחות יישוב דינמיים של הנוזל מתחת המשקל של השבב, ייתכנו זרמים בעליל לכאורה (עשרות מיקרומטר / s או יותר) בנוזל הדגימה. אם האידוי הוא לא סימטרי מדי לאורך הקצה של השבב, זרמים אלה סופו של דבר להפחית לרמות מקובלות לבצע ניסוי.
- השתמש בקרן הלייזר הממוקדת למלכודת חרוז קלקר.
- ודא שכל החוקרים לשים על משקפי בטיחות הלייזר מתאימים, ולאחר מכן להפעיל את הלייזר, תוך שמירה על תריס קרן לייזר סגור. ודא כי תפוקת הלייזר היא פחות מ -10 מילי-ואט. ודא שהכח הלייזר התייצב על ידי בדיקת פלט הקרן עם בלוק קרן במקום המונע קרינת לייזרמלהיכנס למיקרוסקופ.
- ברגע שכוח הלייזר התייצב, להסיר את חסימת הקרן ולב נקודת הלייזר בתמונה הקורה. אם המקום הוא מחוץ לפוקוס, להתאים את מיקוד הלייזר עד מיקוד מקום מינימאלי מושגת.
- תוך הבטחה כי מנחתים מספיק ממוקמים מול תמונת הקורה כדי למנוע הרוויה גלאי קרן, להגדיל בהדרגה פלט לייזר כוח עד חרוז נסחף ניתן ללכוד ביציבות במוקד הקרן. סריקת הבמה מיקרוסקופ יכול לסייע בלכידת חרוז שהוא מחוץ למרכז.
- ודא שחרוז הלכוד ממוקם ליד או הסימן שנעשה קודם לכן כדי לעקוב אחר מיקום מוקד הלייזר בתמונה הדגימה. אם יש הבדל בין עמדת חרוז וסימן מיקוד לייזר, לתקן את סימן התמקדות לייזר כדי להתאים את עמדת חרוז החדשה.
- עכשיו, להתאים את קבלן הקרן נבנה לנתיב הקרן עד נקודת הקרן מורחבת עד 9 מיקרומטר בקוטר FWHM כאשר הוא מלא בפוקוס. מדד זה כחתך עוצמת ישר דרך מרכז נקודת הקרן בתמונה הקורה.
- אם חרוז לכוד המקורי אבד במהלך התאמה זו, השתמש בשלב התרגום לחפש ומלכודת חרוז אחר.
- אם מרחיב את נקודת הקרן עוברת דה התייצב המלכודת האופטית (בשל שיפוע עוצמת ירידה), להגדיל את כוח הקרן ככל שיידרש כדי להשיג השמנה אופטית יציבה. אם להגדיל את גודל נקודת המוקד עבר למרכז של הקרן ממקומו המקורי, מחדש לסמן את המיקום הממוצע של חרוז הלכוד בתמונה הדגימה כמרכז הקרן.
- להקים השמנה השדה קרוב ולתפעל חרוז קלקר על מערך חריטה בצורת C.
- הפעל את מנורת תאורת הרקע ולהגדיל את כוחה ועד דפוס המצע ניתן לראות ברקע מאחורי התמונות של חרוזי ניאון.
- עם חרוז לכוד על ידי הקרן באופן רופף-הממוקדת, השתמש בt הבמה מיקרוסקופo להזיז את תבנית המצע כך שסוף המערך של תהודה ניתן לראות ישירות מאחורי חרוז הלכוד. אם התנועה בראונית האקראית של חרוז התקצר באופן משמעותי, זה אומר חרוז הוא לכוד על ידי השדה ליד של מהוד נרגש.
הערה: אם חרוז טרם נלכד על ידי השדה ליד האופטי, להתאים את המיקום של מערך מהוד plasmonic מתחת חרוז. התאמה זו עלולה להביא חרוז במגע קרוב יותר עם מהוד שטוב יותר מיושר עם הקיטוב הנוכחי של אור הלייזר. אם התהליך הזה לא לגרום השמנה שדה קרוב, מיקוד האלומה עשוי להיות מעט מעל מטוס המצע. במקרה זה, להתאים את מיקוד הלייזר מעט, כך שבמקום מוקד מתקרב למשטח של המצע. - אם לאחר התאמות מוקד במה ולייזר קטנות חרוז עדיין טרם נלכד על ידי השדה ליד האופטי, למצוא מערך אחר על פני המצע וחזור על תהליך ההשמנה השדה הקרוב, החלעם צעד 5.3.2.
הערה: פגמי ייצור לגרום שתי וריאציות שיטתיות ואקראיות בביצועי מהוד. מערכי מהוד ללא תפקוד נפוצים עד תוצאות הייצור מתאפיינות באופן מלא ונמצאים הדיר. - ברגע שהשמנה הוקמה שדה קרוב, להעביר את שלב תרגום מיקרוסקופ כדי שמרכז כתם הלייזר מתגורר יותר קרוב למרכז המסוע. פעולה זו נוטה למשוך את חרוז יחד עם מרכז הלייזר הממוקד, כך שרק התאמות קטנות יכולות להתבצע בדרך זו. אם חרוז הופך חלץ, להפחית את התנועה. זהו הסכום של עקירת קרן הנסבל על ידי מלכודות השדה הקרוב.
- לאחר עקירת הקרן מעט בשלב הקודם, לסובב צלחת חצי גל להציב בנתיב קרן לייזר כדי לסובב את הזווית של קיטוב ליניארי. זה מפעיל תהודה ברצף את המערך וגורם בשליטה, התנועה ליניארית בחרוז הניאון. שלב סיבובי ממונע יכולLP לייצר סיבוב יציב יותר בצלחת חצי הגל ותנועת חרוז לכן יותר יציבה.
- כדי לעקוב אחר ההתקדמות של נתונים חרוז ולכידה על עמדתה, לכבות את מנורת תאורת הרקע ולהשתמש בכלי לכידת וידאו כדי ללכוד מסגרות של תנועת חרוז. לאחר העיבוד של תנועת החלקיקים יכול להיות מושגת באמצעות תסריט MATLAB סיפק.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 7 הוא תמונה של המכשיר הסופי. במרכזו של משטח זהב 1 ס"מ על 1 סנטימטר הוא המטריצה של דפוסי CSE ומסוע, אשר ניתן לראות בקושי ממבט בזווית. איור 6 היא תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת של דפוס הדוגמא CSE במכשיר הסופי.
תנועת החלקיקים של חרוז קלקר 390 ננומטר נוסע ברחבי מיקרומטר מסוע ננו-אופטי 5 באורך מוצגת באיור 9. העקומה מציגה את עמדתה של החלקיק כפונקציה של זווית קיטוב לייזר. כפי שצוין בפרוטוקול, ייתכנו מקרים שבם תחבורה לא תצליח או השמנה השדה קרוב לא ליזום. דרך הפעולה הטובה ביותר היא לנסות דפוס שונה, אשר עשוי להיות במצב טוב יותר.
איור 6. תמונת SEM של מנוע החיפוש המותאם אישית Array. תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) של דפוסי CSE. (א) מראה את התמונה של mesas HSQ לאחר הפיתוח להתנגד. המדגם גמגם עם 5 ננומטר זהב כשכבת ניצוח לבדיקת SEM. (ב) -. (ג) להראות דפוסים סופיים לאחר המדגם הוא שוחרר מהמצע סיליקון אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 7. מערך CSE צ'יפ. תמונה של המכשיר הסופי, בערך 10 מ"מ x 10 מ"מ בממד. התמונה מראה את משטח זהב הקדמי של המכשיר. השתברות מצורמת סימוני זיהוי גלויה כריבועי צבע רב בסמוך למרכז של השבב. אנא CLאיכס כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 8. מנגנון ניסיוני. סכמטי של המנגנון הניסיוני. שתי השמנה והדמיה מבוצעות במצב השתקפות. נתיבי האור השונים נבדלים בצבעים שונים. הקווים האדומים, ירוקים, מקווקו אדומים, כחולים וצהובים מייצגים את נתיבי האור של השמנה אופטית (נהיגה מסוע), הדמיה ניאון, הדמיה לייזר, עירור ניאון ותאורה בשדה בהיר בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 9. חרוז מסלול במהלך פעמיים רכבת מסוע. עמדה מול זווית קיטוב לחרוז 390 ננומטר נע על 4.5 מיקרומטר מסוע כפול רכבת ארוכה. תמונות תמונות המופע השמאלית של הכדור אחרי כל תקופה מסוע. העיקול על זכות עקבות העמדה המחושבת של מרכזי חרוז. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
NOCB משלב כוחות ההשמנה חזקים וגודל מלכודת קטן של גישות plasmonic עם היכולת להעביר חלקיקים, ארוך זמינים רק לטכניקות ממוקדת-קרן קונבנציונליות. ייחודי לNOCB, התכונות השמנה והובלה של המערכת הן תוצאה של דפוסי פני השטח ולא של עיצוב אלומת התאורה. סיפק את התאורה בהירה מספיק ויכול להיות מווסת על הקיטוב או אורך הגל שלה, יכולים להיות מוחזקים חלקיקים או עברו בפרוטוקולים מסובכים על פני השטח. אנחנו הוכחנו באמצעות סימולציה שNOCB יכול גם במהירות סוג חלקיקים המבוססת על הניידות שלהם 23. שדה קרוב מלכודות יכולות לשמש כרכי תגובה קטנים כלכימית מולקולה בודדת, וparallelizability הטבוע של NOCB אומר שזה יכול לשמש כדי להגדיר, לבצע ולהרוס כמה שיותר ניסויים בו זמנית כיכול להיות ארוזים על גבי שבב ומואר ב פעם אחת.
כדי לקבל את NOCB לעבוד, o השדה הקרובכוחות ptical שמחזיקים ולמסור את חלקיקים חייבים להתגבר על הכוחות המתחרים של גרירה צמיגה, השמנה קונבנציונלית אופטית (הכוח של קרן התאורה), thermophoresis, וכוחות המגע עם חלקיקים אחרים והמצע עצמו. הכוח האופטי השדה הקרוב צריך להיות חזק ככל האפשר לכוח הארה נתון; זה דורש תכנון זהיר וננו-מבנה ייצור, אך בפועל אנחנו צריכים לייצר מגוון של מבנים בגדלים שונים אופייניים לבחור אחד שעובד הכי טוב עבור אורך גל התאורה נתון. גרור וthermophoresis צמיגים חייבים להיות מודחק כמו גם: בזמן שהם לא יוכלו למשוך חלקיקים מתוך מלכודות אופטיות שדה קרוב, הם בהחלט יכולים לעשות את זה קשה לקבל חלקיקים על גבי מערך NOCB במקום הראשון.
כאשר המדגם הוא במקום הראשון מתחת למיקרוסקופ, חלקיקים יפיצו באופן שווה בכל הנפח ורק לעתים נדירות מאוד להתקרב למערך CSE. (Calculations מצביע על כך שחלקיקים חייבים לנוע בתוך כמה עשרות ננומטרים של שטח מגע להיות לכודים.) כאשר התאורה היא בתחילה פנה ב, מערך CSE מייד לחמם וליצור שיפוע תרמי במים שדוחה חלקיקים על פני מרחק של כמה מאה ננומטרים. מחסום זה הוא להתגבר על ידי לכידת חלקיקים במרחק עם קרן התאורה הממוקדת, וידני גרירת החלקיק דרך המחסום התרמי בשדה הלכידה של מנוע החיפוש המותאם אישית. עם זאת, גם בשיטה זו תיכשל אם שיפוע התרמית הוא גבוה מדי. מניסיוננו, ההכללה של שכבת גוף קירור הנחושת הייתה חיונית לציור החום מן המים ומחלישים את הכוחות התרמיים. גוף קירור הנחושת גם עושה את זה פחות סביר שהמים ירתחו תחת עוצמת תאורה רגילה.
כוח השיפוע האופטי על חלקיקים קטנים מאוד מאזניים כקובייה של קוטר החלקיקים. זה עושה את זה הרבה יותר למלכודת 100חרוז ננומטר מחרוז 200 ננומטר, מאז החשמל חייב להיות מוגבר חימום המצע באותו הסכום שמונה הגדלת פעמים. כעניין מעשי אנו ממליצים לכידת חרוזים גדולים הראשונה (400 ננומטר או 500 קוטר ננומטר), אופטימיזציה של כוח המלכודת ומזעור כוחות מתחרים, ולאחר מכן מנסה לכידה והובלה של חלקיקים קטנים יותר.
לאחר המדגם הוכן, ניתן לבצע ניסויים עוד החלקיקים צפים בחופשיות במים. מים יוצא המדגם על ידי אידוי בשולי. במעבדה שלנו זה מכניס. מגבלת זמן בערך 20 דקות על ניסויים אידוי יכול גם לגרום לכוח גרר צמיג מתחרה כמים נמשכים לקצוות של המדגם. אם יש מדגם תכונות מחוספס כגון קצות מתכת מכופפות-למעלה או קוצים המונעים ממנו שוכב על שקופיות הזכוכית, את פני השטח חשוף יותר של המים יאיץ אידוי. אם צד אחד הוא גבוה יותר מאשר אחרים, האידוי יהיה מוטה לכיווןזה הצד עם פער מדגם-שקופית הגדולה והנוזל יעבור במהירות על ננו, מה שהופך את זה קשה יותר לראות, לכידה ולהחזיק חלקיקים.
NOCB אחד יכול להעביר חלקיקים לרוחב אלומת התאורה אבל לא יותר. כעוצמת הקרן יורדת, כוח המחזיר מהקרן הממוקדת מתחזק וכוח מסירת NOCB גדל חלש, עד סיבוב קיטוב סביר יותר כדי לשחרר את החלקיקים מאשר להעביר אותו קדימה. להארכה למסועים ארוכים או יותר מסועים מקבילים, יש להגדיל את שטח התאורה. דיודה חזקה, חסרת מיקוד לייזר יכולה שלטון אזור הרבה יותר גדול מאשר הלייזר המשמש בניסויים אלה. לחלופין אזור התאורה יכול להיות מוגבר על ידי במהירות סריקת הקרן באמצעות מטה הטיה acousto אופטי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- 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, K., Block, S. Optical Trapping. Rev. Sci. Instrum. 75 (9), 2787-2809 (2004).
- Fazal, F. M., Block, S. M. Optical Tweezers Study Life Under Tension. Nat. Photonics. 5 (6), 318-321 (2011).
- Bockelmann, U., Thomen, P., Essevaz-Roulet, B., Viasnoff, V., Heslot, F. Unzipping DNA with Optical Tweezers: High Sequence Sensitivity and Force Flips. Biophys. J. 82 (3), 1537-1553 (2002).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical Trapping of Single Protein. Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).
- Dholakia, K., Čizm̌aŕ, T. Shaping the Future of Manipulation. Nat. Photonics. 5 (6), 335-342 (2011).
- Grier, D. G., Roichman, R. Holographic Optical Trapping. Appl. Opt. 45 (5), 880-887 (2006).
- Korda, P. T., Taylor, M. B., Grier, D. G. Kinetically Locked-in Colloidal Transport in an Array of Optical Tweezers. Phys. Rev. Lett. 89 (12), 128301 (2002).
- Pelton, M., Ladavac, K., Grier, D. G. Transport and Fractionation in Periodic Potential-energy Landscapes. Phys. Rev. E. 70 (3), 031108 (2004).
- Eriksson, E., et al. A Microfluidic System in Combination with Optical Tweezers for Analyzing Rapid and Reversible Cytological Alterations in Single Cells upon Environmental Changes. Lab Chip. 7 (1), 71-76 (2007).
- Applegate, R. W., Squier, J., Vestad, T., Oakey, J., Marr, D. W. M. Optical Trapping, Manipulation, and Sorting of Cells and Colloids in Microfluidic Systems with Diode Laser. 12 (19), 4390-4398 (2004).
- MacDonald, G. C., Spalding, G. C., Dholakia, K. Microfluidic Sorting in an Optical Lattice. Nature. 426 (6965), 421-424 (2003).
- Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. All-optical Control of Microfluidic Components using Form. Nat. Mater. 4 (7), 530-533 (2005).
- Juan, M. L., Righini, M., Quidant, R. Plasmon Nano-optical Tweezers. Nat. Photonics. 5 (6), 349-356 (2011).
- Kwak, E. S., et al. Optical Trapping with Integrated Near-Field Apertures. J. Phys. Chem. B. 108 (36), 13607-13612 (2004).
- Righini, M., Zelenina, A. S., Girard, C., Quidant, R. Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape. Nat. Phys. 3 (7), 477-480 (2007).
- Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. Trapping and Sensing 10 nm Metal Nanoparticles using Plasmonic Dipole Antennas. Nano Lett. 10 (3), 1006-1011 (2010).
- Wang, K., Schonbrun, E., Steinvurzel, P., Crozier, K. B. Trapping and Rotating Nanoparticles using a Plasmonic Nano-tweezer with an Integrated Heat Sink. Nat. Commun. 2, 469 (2011).
- Shi, X., Hesselink, L., Thornton, R. Ultrahigh Light Trans- mission through a C-shaped Nanoaperture. Opt. Lett. 28 (15), 1320-1322 (2003).
- Chen, K., Lee, A., Hung, C., Huang, J., Yang, Y. Transport and Trapping in Two-Dimensional Nanoscale Plasmonic Optical Lattice. Nano Lett. 13, 4118-4122 (2013).
- Cuche, A., et al. Sorting Nanoparticles with Intertwined Plasmonic and Thermo-Hydrodynamical Forces. Nano Lett. 13, 4230-4235 (2013).
- Hansen, P., Zheng, Y., Ryan, J., Hesselink, L. Nano-Optical Conveyor Belt, Part I: Theory. Nano Lett. 14, 2965-2970 (2014).
- Zheng, Y., et al. Nano-Optical Conveyor Belt, Part II: Demonstration of Handoff Between Near-Field Optical Traps. Nano Lett. 14, 2971-2976 (2014).
- Vogel, N., Zieleniecki, J., Koper, I. As flat as it gets: Ultrasmooth Surfaces from Template-stripping Procedures. Nanoscale. 4 (13), 3820-3832 (2012).
- Zhu, X., et al. Ultrafine and Smooth Full Metal Nanostructures for Plasmonics. Adv. Mater. 22 (39), 4345-4349 (2010).
- Kaleli, B., et al. Electron Beam Lithography of HSQ and PMMA Resists and Importance of their Properties to Link the Nano World to the Micro World. STW.ICT Conf, , 105-108 (2010).
