Introduction
Ashkinは、物理学や生物物理学の基礎的な研究のための主要なツールとして、光トラッピング技術の開発を進め、1970年1彼の小説成果の加速度と放射圧による微粒子の捕捉を報告しました。これまでに2、3、4、5は 、光トラッピングの適用は、液体環境で主に集中しており、単一の生体分子の機械的特性へのコロイドの挙動から、システムの非常に広い範囲を研究するために使用されて。 6、7、ガス状のメディアへの光トラッピングの8アプリケーションは、しかし、いくつかの新しい技術的な問題を解決する必要があります。
最近では、空気/真空中の光トラッピングはますます基礎研究に応用されています。光学レヴィので、テーションは、潜在的に光学的に浮揚粒子は、小さな物体で4高周波測定重力波、9を量子基底状態を研究し、分数電荷を探索するための理想的な実験室となり、周囲の環境からシステムのほぼ完全な絶縁を提供します。 図10はまた、空気/真空の低い粘度は1つがブラウン粒子11の瞬間速度を測定するための慣性を利用して、線形ばね様体制を超えて動き、広範囲の弾道運動を作成することを可能にします。 12したがって 、気体媒体における光学トラップの詳細な技術情報や慣行は、より広い研究コミュニティにより貴重になってきています。
新しい実験技術は、気体媒体中の光トラップにナノ/マイクロ粒子をロードする必要があります。圧電変換器（PZT）、電動式を変換する装置メカノ音響エネルギーへのICエネルギーは、光浮上の最初の実証以来、空気/真空5、12で光トラップに小さな粒子を送達するために用いられています。 1以来、いくつかのローディング技術は、商業的噴霧器13又は音響波発生器によって生成された揮発性のエアロゾルを用いてより小さな粒子をロードするために提案されています。 14固体含有物（粒子）との浮遊エアロゾルはランダムに焦点近傍を通過し、偶然にトラップされます。エアロゾルがトラップされると、溶媒が出て蒸発し、粒子が光トラップに残ります。しかし、これらの方法は、サンプルの中から所望の粒子を識別する選択された粒子をロードし、トラップから放出された場合、その変更を追跡するのにはあまり適していません。このプロトコルは、実験など、空気中の選択光トラップの読み込み、上の新しい実務に詳細を提供することを目的としますアルセットアップ、PZTホルダーとサンプルエンクロージャの製造、トラップロード、両方の周波数領域および時間領域における粒子運動の解析に関連したデータ収集。液体培地中に捕捉するためのプロトコルも公開されています。 15、16
全体的な実験は、市販の倒立光学顕微鏡上で開発されています。 図1は、選択光トラップの負荷のステップを示すために使用されたセットアップの概略図を示しています、休憩微粒子を解放集束ビームで選ばれた粒子を持ち上げ、その動きを測定し、再び基板上にそれを置きます。まず、並進ステージ（横と縦）は、対物レンズにより集光されたトラッピングレーザー（波長1064 nm）での焦点に、基板上に選択された微小粒子をもたらすために使用されている（近赤外補正後の長い作動距離の目的：NA 0.4、倍率20X、作業D透明基板を通して20ミリメートル）をistance。そして、圧電ランチャー（機械的にプリロードされたリング型PZT）は、微粒子と基板との間の接着を破壊するために超音波振動を発生させます。したがって、任意の解放された粒子は、選択された粒子に着目し、単一のビーム傾斜レーザートラップにより持ち上げることができます。粒子がトラップされると、静電励起するための2つの平行な導電板を含むサンプル容器の中心に変換されます。最後に、データ収集（DAQ）システムは、同時に象限セルの光検出器（QPD）、及び印加電界によって捕捉粒子運動を記録します。測定終了後、粒子を制御可能それが可逆的に再捕捉することができるように、基板上に配置されます。この全体のプロセスは、いくつかの捕捉サイクルにわたって発生する接触帯電などの変化を測定するために、粒子損失なしに数百回も繰り返すことができます。我々の最近の記事Fを参照してくださいまたは詳細。 12
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Protocol
注意：実験の前に、すべての関連する安全プログラムを参照してください。このプロトコルに記載されている全ての実験手順は、NISTレーザー安全プログラムだけでなく、他の適用規則に従って実行されています。選択して、このような特定の波長および出力用に設計されたレーザー保護メガネとして適切な個人用保護具（PPE）を着用するようにしてください。乾燥ナノ/マイクロ粒子を処理する追加の呼吸保護を必要とするかもしれません。
1.設計とPZTホルダーの作製とサンプルエンクロージャ
- PZTホルダーとサンプルエンクロージャを設計します
注記：特定の設計値は、PZTの選択に応じて変化します。- コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアパッケージを開きます。与えられたPZTディメンションのホルダーの2次元（2D）スケッチを描きます。押し出し/押し出しカットの組み合わせを使用して、体積フィーチャに2Dスケッチを開発します。
- スケッチをクリックして、四角形を描画し、長方形のキューブを作ってそれを押し出します。
- カバーおよびリング型PZTを保持するための環状凹部機能を定義するために、キューブの上面にディスクをスケッチ。
- リアルタイムイメージング及び捕獲の両方のために光アクセスを持つように中心孔を規定します。
- 図2に示すように、中心部に向かって超音波パワーを集中するために平らな金属（銅）リングを挿入するために、中央の穴の縁に沿って円形ガイドを定義します。
- 図2cおよび2dに示すように、底板（中央に穴の開いた購入し、厚さ4mmの底のアルミニウム板）で組み立てられるように、PZTホルダーにM6ネジ用の2つのボアの穴を作成します。
- 同様に、サンプルエンクロージャの長方形の枠を設計します。スケッチをクリックして、四角形を描画し、それ長方形のボックスにするために矩形を押し出します。
- rectangulaの上面に小さい四角形を描画Rボックスと押し出しカット矩形管としてそれを作るために長方形。
- サンプルエンクロージャボックスのフレームに変換するために、チューブと押し出しカットの側壁に小さい四角形を描画します。
- これらの3次元（3D）モデルは、3D印刷用ステレオリソグラフィ（STL）ファイルフォーマット（ 図2b）に変換します。
- 設計されたオブジェクトの3Dプリント
- 3Dプリンタオペレーティングソフトウェアからデザインファイル（「-.STLを」）を開きます。 「プラットフォーム上」、「移動」を、そして「センター」：それを選択するオブジェクトをクリックするとアライメント機能を使って、（0、0、0）でオブジェクトのフラット0 / .AND中心にオブジェクトを置きます。上向きの繊細な機能に直面してPZTホルダーを向けます。凹面が上方に直面することになります。
- メニューの「設定」と「品質」タブに移動します。 、次のようにインフィルを印刷値を設定：100％、シェルの数：2、およびレイヤの高さ：0.2ミリメートル。
- 総印刷時間を確認し、必要に応じて階層化のオブジェクトが印刷されることを確認するオブジェクトをプレビューします。 「.x3g」形式の3D印刷ファイルをエクスポートし、3Dプリンタで使用するためにそれを保存します。
- 3Dプリンターの電源をオンにし、押し出しノズルの温度が動作温度に達するまでのウォームアップ、230℃のメモリカードまたはネットワークドライブからデザインファイルをロードします。
- ウォームアップ時には、オブジェクトがしっかり付着を助けるために青画家のテープでビルドプラットフォームを配置します。印刷ジョブのための熱可塑性材料としては、両方のオブジェクトのためのポリ乳酸（PLA）繊維を使用。
- 設計されたオブジェクトを印刷します。印刷ジョブが完了すると、それが冷却した後、プリンタの電源を切ります。
- ノミを使用してプラットフォームから印刷オブジェクトを切り離します。印刷されたオブジェクトをまっすぐにします。配向が適切に選択された場合に、PZTホルダを直接さらに後処理することなく使用することができます。
- フォーRサンプルエンクロージャは、フレームをカバーするために、インジウムスズ酸化物（ITO）コーティングしたカバースリップ三カバーガラスの一対を準備します。エンクロージャにカバースリップにフィットするようにダイヤモンドカッターを使用してください。
- 線速乾性銀ペイントを用いて2つの平行な導電プレートは、二つのプレートの間に電圧を供給する。瞬間接着剤の接着剤を使用して、サンプルエンクロージャにこれらの5つの窓を接着。
注：ITOコーティングされたカバースリップの一組は、平行にサンプルエンクロージャにインストールされて均一な電場を提供し、電界に沿って自然に荷電粒子の弾道運動を生成するために（互いに対向します）。 3従来のカバーガラスは、空気の外部流れから捕捉された粒子を保護するために、サンプルエンクロージャ面（トップと他の2つの辺）の残りの部分をカバー
選択された微粒子の2光トラップの読み込み
- 試料調製
- 中の微粒子を保存実験の前に空気中の水分との接触を減らすためにデシケーターを避難。
- スライドガラス上に微粒子の小さな部分を注ぎ、すぐに戻ってデシケーター中で、製造業者のボトルを置きます。
- ガラス毛細管を有する微粒子のいくつかをピックアップ。カバーガラスの上に、キャピラリを保持しながら、そっとキャピラリーをタップして、基板上に粒子を散乱。
- 暗視野顕微鏡を用いて基板上に堆積された粒子の量と分布を確認します。
注意：試料調製工程では、粒子がちょうどカバースリップ上に散乱され、PZTとPZTホルダとの間にそれらを挿入する前に、全体の構成を確認するために、光学顕微鏡（散乱微粒子とカバーガラス）で画像化。表面接着は、基板上の個々の微粒子を保持するのに十分強力であるので重要な外力が印加されない限り、付着粒子が強固に固定されています。 - 圧電ランチャアセンブリ
- 平らな底板、フィルム、PZT、カバーガラス、銅リング、PZTホルダー、2本のM6ネジ、およびサンプルエンクロージャを絶縁：圧電ランチャーのすべてのコンポーネントを取得します。
- PZTを絶縁するために、底板上に薄膜（またはテープ）を適用します。カバーガラスは、スタックの先頭を分離します。
- カバースリップに続く今テープで絶縁平板、銅リング、およびPZTホルダーの上にPZTを中心にして、スタックを組み立てます。 図2cおよび2dに示すように、ホルダーが導通している場合はホルダーにPZTの短絡を回避するために、PZTのセンタリングを維持一緒にスタックをねじ込みます。銅リングは、プラスチック製のPZTホルダー用スタック上に均一に分布機械的予圧を提供します。
- 最後に、スタックにサンプルエンクロージャを接着し、顕微鏡でXYZ並進ステージ上にマウントアセンブリ。
- PZTランチャーの設定
注：高電圧信号とPZTを駆動するには、潜在的な電気的な危険があります。実験の前に、安全担当者にご相談ください。すべての電気接続は、実験前に保護する必要があります。アンプの電源をオフにし、切り離しPZTは、可能な限りつながります。- PZTは、電圧アンプにリードを接続し、電圧増幅器の入力ポートにファンクション・ジェネレータを接続します。
- ファンクション・ジェネレータをオンにして、すべての接続が検証されて固定されるまで、電圧信号を生成しない1 Vの出力電圧を連続的に方形波を発生するように設定します。
- 電圧アンプの電源をオンにし、出力を可能にすることにより、出力電圧1 Vの方形波を発生させます。
- オシロスコープにアンプの監視出力ポート（出力電圧200 V）を接続します。回して、200 V / Vのゲインを持つように、増幅器を構成しますフロントパネルのノブを得ることができます。オシロスコープで測定したモニタ出力電圧は1 Vの振幅を持っていることを確認します。
- 関数発生器と増幅器を設定すると、リアルタイムのビデオ顕微鏡画像は、粒子を付着しながら駆動信号の変調周波数を走査することによりPZTランチャーの共振周波数を見つけます。微粒子動きが最大になるまでスキャンを繰り返します。粒子を解放するために、この周波数（ここでは64 kHzの）を使用します。
注：変調周波数を手動で共振周波数を見つけるために、150 kHzに、ゼロから（スキャン）が変化します。 - バーストモードで指定された数のサイクルの方形波を生成するために、ファンクション・ジェネレータを設定します。フロントパネルに「バースト」ボタンを押すと「Nサイクルバースト」を選択します。
- 「＃サイクル」のソフトキーを押して、バースト数を選択して、10または20にカウントを設定します。
- との電圧信号を生成する方形波を設定600 Vの振幅前のステップから見つかった64キロヘルツの共振周波数で（3回連続励起のために使用される電圧）。パルス信号は、粒子は、各パルスの後に移動を保証することにより、繰り返し可能な方法で標的粒子を放出することを確認します。
- 選択光トラップのロード
注：PZTランチャアセンブリは手動線形変換XYステージ上に設置されています。粒子は、並進ステージを移動させることにより、固定ビーム焦点を基準に翻訳することができます。- 顕微鏡のタレット（ 図3a）を回転させることにより、トラップビームの焦点を識別するために、レーザラインフィルタを削除。フォーカスを最適化するために、可視画像の最良の焦点の周りに垂直方向に前後に電動フォーカシングブロックを移動します。
- 焦点位置が確認されると、トラップビームからの干渉なしに明確なリアルタイムビデオを与えるために戻ってフィルタをかけます。
- pまでのサンプルを翻訳トラップレーザーの焦点位置に選択された粒子をレース。画像への粒子の粒子上に浮上位置を残しながら、約半分の半径によって粒子中心部以下の公称トラッピング位置を配置する選択された粒子の中心に焦点を当てています。
- 光トラッピング力を設定するための電気光学変調器（EOM）ドライバに接続された電源を調整します。最適な電力は、粒子サイズおよび材料に依存します。光パワービームから吐出させずに粒子を浮揚させるのに十分な電力を決定するために反復試験によって見出されました。ここでは、直径20μmのポリスチレン（PS）粒子を捕捉する対物レンズの後焦点面で140ミリワットの光パワーを使用しています。
- 選択された粒子の中心が整列された後、いくつかのパルスで圧電ランチャーを作動させます。移動ぼやけた画像への静的な合焦画像から粒子像の変化がLEVに成功した負荷を示していますitation位置。
- 基板上ミリメートル程度垂直浮遊粒子は、可能な表面相互作用を防止するように対物レンズを移動させることによって変換します。そして、より安定している公称トラッピング位置（ 図3c）に浮揚粒子（ 図3b）を移行するための光パワーを低減します。
注：トラッピングレーザの光パワーは、電気光学変調器（EOM）によって調節することができます。 EOMは、デジタル電源を介して供給されるバイアス電圧で出力電力を調整します。一つは、ゆっくりと光パワーを低減しながら、CCDを介して位置をトラップに浮上からの移行を観察することができます。 - 位置測定のために、3Dに、図3Cに示すように、慎重に光軸にPZTホルダーの中心を移動し、サンプルエンクロージャの中央上記（9 mmの中に粒子を変換するための対物レンズまでの（垂直方向）に移動させますSUBSTRフリンジ電界が最小化される）を食べました。
- 粒子が基板に接触するまで、以下に記載されるように測定を行った後、対物レンズを下に移動することによって、基板上に粒子を配置します。粒子の大部分が角部近傍に適用されるので、トラップされた粒子は、容易に認識することができ、再捕捉され、それが中央部に配置されたとき。これは、粒子と基板との接触相互作用のような単一のトラップイベントを越えて生じる変化を測定するための可逆的トラップの読み込みを可能にします。
3.データ集録
- トラップ内の粒子とQPD「SUM」信号を最大化するために、凝縮器フォーカスレンズの位置を合わせます。
- 図4cに示すように、QPDのXとYのチャネルを名目上ゼロに集束レンズの位置を合わせます。
- フーリエ変換された位置信号（又は電力スペクトル密度まで凝縮器の調整とフォーカスレンズを繰り返し XとYのチャンネル（PSD）プロットは）バランスのとれた感度を示すように重ね合わせます。 図4bに示すように適切に整列QPD信号（XとY）は、ほぼ同一の挙動を示します。
- QPDアライメントが確認されると、2枚のITOプレートに電圧アンプを接続します。ステップ励磁信号と同期して誘導された粒子の軌跡を記録するためにDAQシステムにアンプの電圧監視出力信号を接続します。
- 約500nm（ 図4e）により光軸に対して横方向に粒子を移動させる電界（ 図4d）を生成するために400 Vの連続的な矩形波を供給する。 QPDを使用して捕捉された粒子のステップ応答を測定します。
- ブラウン運動の影響を低減するために、必要に応じて平均複数の期間。誘導運動は、熱揺らぎよりも運動のより広い範囲にわたって光力を測定するために使用することができます。 12、EF "> 17 図4dおよび4eのショーは、印加電圧とステップ励磁の50回の反復を超える誘起される粒子軌道の信号を平均しました。
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Representative Results
PZTランチャは、CADソフトウェアパッケージを用いて設計されています。 PZTホルダが図2に示されており、サンプルエンクロージャは、材料および方法の様々な製造することができるようにここで、我々は、（PZTは、2つのプレートでクランプ）プリロードのためのシンプルなサンドイッチ構造を使用します。 図2dに示すように、簡単なデモのために、私たちは熱可塑性で3Dプリントを選択します。作製した成分に基づいて、光トラップの負荷は、図3に示されています。較正されたCCDカメラはまた、定量的な容易に、図1に示すように、選択的なローディングのために、反射されたトラッピングレーザーは、可視光が反射で画像化のためのフィルタを通過する間にCCDカメラを保護するための顕微鏡タレットにインストールされているフィルタによる実験中にブロックされています粒径及び追加の位置検出の測定を可能にすることにより測定。ターゲットの直径粒子は、以下に説明するように、固有振動数のトラップ剛性をもたらす量を計算するために使用することができます。 CCDカメラを用いて測定軌跡はまた、変位を測定するためのQPD電圧信号を校正するために使用されます。 12
粒子がトラップされると、図1（挿入写真）に示すように、赤色レーザからの明るい散乱は、トラップされた粒子が肉眼で認識することができます。また、基板のリアルタイム画像は、基板（ 図3）に付着した他の微粒子とは異なる高さ（焦点）であるため、粒子がトラップされているかどうかを判断することができます。トラップ位置と浮上位置：微粒子は、二つの位置に捕捉することができます。捕捉位置では、光力はすべての方向で粒子を安定化させます。これとは対照的に、浮上位置に粒子がtransversのみを安定化されています光軍によるエリー。垂直に放射圧から上向きの力は、重力によってバランスされています。我々のローディング方式と、選択された粒子は、一般に、浮上位置に送達されます。浮上位置では、懸濁粒子の垂直方向の位置は、はるかに敏感焦点の近くにトラップ位置よりも光パワーの変化にあります。 18一つは、垂直方向に光パワーを変化させることによって、これら2つの安定位置の間で繰り返し粒子を移動することができます。光が焦点から離れるように伝搬するトラップ剛性が柔らかくなるため浮上位置も名目捕捉位置よりも外部の力に対して高い感度を有します。変位ノイズはブラウン運動によって支配されていない場合したがって、浮上位置をより高感度の測定のために使用することもできます。それはゲインfが存在しないので、剛性が増加感度とノイズの両方を減少させること、ここにあるような位置ノイズが熱的に制限されている場合にはまたは精密測定。
捕捉された粒子の運動は、QPDによって監視され、DAQボードによって記録されています。 QPD信号は、時間領域（ 図4c）及びフーリエ変換（ 図4aおよび図4b）に記録されています。全体的な位置合わせは、好都合には2つの半径方向チャネル（X及びY）のパワースペクトルとを比較することによって確認することができます。それらは（ 図4a）、重畳されていない場合には、光学的位置合わせは、重ね合わせが発生するまで（ 図4bに示すように）補正する必要があります。
図4に示すように、粒子軌道は、ブラウンと弾道運動の両方を示しています。時間と周波数領域分析は、これらの測定を解釈するために使用することができます。私たちは、ブラウン運動を比較することにより、光トラップのより完全な理解を可能にする測定を強制するために二つのアプローチを導入しています静電気力によって誘導された弾道運動に。無静電界の下、ブラウン運動のための粒子軌道は、次に、最小二乗フルランジュバン方程式の解に適合する非線形によって分析することができるパワースペクトル密度に変換されます。 19 PSDのこの分析は、トラップ中心付近の共振周波数と減衰をもたらします。共振周波数は式に既知の質量を使用してトラップ剛性に変換され、 
。測定された変位はその後、スプリングF = -kxための式を用いて光の力を与えます。
静電場のステップ変化によって誘発される弾道運動はまた、媒体のトラップと減衰の共振周波数を得ることができます。私たちが閉じ込められた粒子から静電界を削除するように12、粒子をrにリリースされます図4dおよび4eに示すフィールドフリータッピングposition.asにETURN。時間の関数としての変位は、一般的な共振周波数を与えるために減衰調和振動子の溶液、減衰、及び定常状態変位に適合することができます。これらのアプローチの両方がトラップ中の粒子は、線形ばねとして作用することを前提としています。これらの測定値は、パラメトリック力法を用いた一般的な（非線形）の力に拡張することができます。 PSD解析とパラメトリック力分析の12の詳細は、このプロトコルでフォーカスされないが、彼らは文献から見つけることができます。 12、19
図1： 大気中の選択光トラップのロードに使用される実験のセットアップの回路図。単一ビームの勾配力光Tラップは、倒立光学顕微鏡上で開発されています。模式的に使用される略語は以下の通りです：EOM、電気光学変調器を、 HAL、ハロゲン照明装置。舞台を中心に電動MFS、。 NIR-LWDの目的、補正された赤外長作動距離対物レンズと、 TS、並進ステージ（X-Y）; PZT、圧電トランスデューサ。 ESM、静電界変調器と、 ND、減光フィルター。 QPD、象限セル光検出器; DM、誘電体ミラー。 ITO、インジウムスズ酸化物被覆カバースリップ。 CCDは、結合素子カメラを充電します。ヘリウムネオン、ヘリウムネオンレーザー（波長633nm） Nd：YVO 4、捕獲用の1064 nmレーザー。 12 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2： 圧電ランチャーASSEMの作製BLY。 （a）は 3次元印刷のための「-.SLDPRT」フォーマットと、（b）「-.STL」形式でCADソフトウェアパッケージを用いてPZTホルダのレンダリングされた画像。圧電ランチャーの最終組立の（c）の Aレンダリング画像（ITOコーティングされたカバーガラスとの）サンプルエンクロージャ、PZTホルダー、リングスペーサ、リング型PZT、アルミニウム板、カバースリップ。 （d）の最終組立の写真を。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3：20 ミクロンのPS粒子の選択光トラップのロードのステップデモンストレーションバイステップ。 （a）は、トラップビームの焦点の位置を、（b）はフォーカス上記粒子（一部を浮上浮上位置がよく公称顕微鏡焦点の上にあるので、ICLEイメージが（c）の名目上の焦点でトラップの位置（）に移行し、その後、（d）は 、データ取得のための中央領域に閉じ込められた粒子を移動させ、）薄暗いぼかしです。粒子は、図3Dに黄色の矢印（= 100μmのスケールバー）で示すように試料ステージを移動させたのに対し、ビーム焦点の固定位置にトラップされます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4：QPD は周波数および時間領域の両方の粒子軌跡を捕獲しました。 （a）は不十分整列実験は、（Bに対し、特定の周波数で低周波ノイズとノイズピークを示しますxとy軸の）よくマッチのPSDは、正しい光配向を示しています。 （c）の QPDは、時間領域で捕捉された粒子のブラウン運動を記録します。 （e）に捕捉された粒子間に印加される電界のステップ変化は同期してデータ集録（DAQ）システムを介して誘導した（d）の弾道運動が記録されています。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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Discussion
圧電ランチャは、選択されたPZTの動的性能を最適化するように設計されています。超音波振動のPZT材料と管理の適切な選択が成功した実験を生成する重要なステップです。 PZTは、異なる特性の変換器のタイプに応じて（バルク又は積層）し、構成材料（ハードまたはソフト）を有します。硬質圧電材料からなるバルク型PZTは、次の理由のために選択されます。まず、ハード圧電材料は柔らかい材料より低い誘電損失および高い機械的品質係数を有しています。第二に、バルク型PZTは、低い電気負荷を表しており、積層型変換器よりも高い周波数で駆動することが容易です。動的な動作では、高振幅の振動は、機械的な故障につながる無負荷PZTセラミックの引張力を引き起こす可能性があります。機械的予圧構造はバックラッシュを低減し、PZTの動的性能を向上させるために一定の負荷を提供するために使用されます。会いましたallicリングスペーサは、PZTホルダーとリング型PZTの間に挿入されます。この金属製のリングスペーサは、超音波パワーを集中し、リングの周りに均等に分配する（簡単にカバーガラスを破ることができる任意のローカル（不均一）ストレス。）。うまく設計されたPZTランチャーでは、軸方向および半径方向の両方でトラップビーム粒子の適切な位置合わせは、トラップの負荷の効率を決定します。粒子を正常パルス後に浮上されていない場合は、基板の位置合わせを繰り返し、光ローディング位置を見つけるために、ほとんどの粒子の下にフォーカスを移動させます。近赤外光は、対物レンズを補正するために、トラップビームの焦点をCCD上に結像された試料面下に数μmに設定されています。トラップ微粒子に必要な最適な捕捉力が目標微粒子の変化の大きさに変化します。 13最適な捕捉力が試行錯誤を通じて経験的に求めることができます。ここで必要な電力（140ミリワット）があります使用される低NAと長作動距離のために比較的高いです。
ここでは、20ミクロンのPS粒子の可逆的トラップロードを実証しました。しかし、我々のアプローチは、より小さな粒子に拡張することができます。小さい微粒子のために、私たちの現在のPZTランチャーは、粒子を切り離すのに十分な超音波パワーを提供することができない場合があります。高速PZT駆動回路の使用は、より小さな粒子を放出することが示されています。 20また、低接着性表面は、代替的なアプローチであることができます。微粒子と基材との密着性の21削減は、粒子を分離するために必要な最小限の超音波パワーを軽減するであろう、したがって我々の現在のPZTランチャーも小さな粒子を分離するために使用することができます。
ほとんどの従来のローディング技術は、それらの一つは、トラップCEN近傍偶然に捕捉されるまで、固体含有物を有する多数のエアロゾル液滴が連続的に生成されるランダムなプロセスでありますター。したがって、この従来技術では、数量限定でサンプルをトラップするか、均一なサンプリングを維持するために適切でないかもしれません。プロトコルでは、我々は、トラップのロードと着陸の繰り返しサイクルを含む可逆光トラップのロードを示しています。これは、例えば、粒子上の電荷蓄積の研究をユニークな実験を可能にします。 22トラップされた粒子の電荷は、非線形最小二乗方法で調和振動子の理想的なソリューションに過渡応答（ 図4d）をフィッティングすることにより測定することができます。トラップ剛性乗じ誘導される変位は、（二つの平行なITOコーティングされたプレートとの間の距離で割った印加電圧によって与えられる）は、公知の電界強度からの電荷の計算を可能にする静電力を与えます。可逆トラップローディングテクニックと組み合わせると12この単純な電荷測定は、粒子表面の相互作用を研究するために拡張することができますQUEは、ここに明らかにしました。 22
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ScotchBlue Painter's Tape Original | 3M | 3M2090 | |
| Scotch 810 Magic Tape | 3M | 3M810 | |
| Function/Arbitrary Waveform generator | Agilent | HP33250A | |
| Power supply/Digital voltage supplier | Agilent | E3634A | |
| Ring-type piezoelectric transducer | American Piezo Company | item91 | |
| Electro-optic modulator | Con-Optics | 350−80-LA | |
| Amplifier for Electro-optic modulator | Con-Optics | 302RM | |
| Mitutoyo NIR infinity Corrected Objective | Edmund optics | 46-404 | Manufactured by Mitutoyo and Distributed by Edmund optics |
| LOCTITE SUPER GLUE LONGNECK BOTTLE | Loctite | 230992 | |
| 3D printer | MakerBot | Replicator 2 | |
| Polylactic acid (PLA) filament | MakerBot | True Red PLA Small Spool | |
| Data Acquisition system | National Instruments | 780114-01 | |
| Quadrant-cell photodetector | Newport | 2031 | |
| Translational stage | Newport | 562-XYZ | |
| Inverted optical microscope | Nikon Instruments | EclipsTE2000 | |
| Fluorescence filter (green) | Nikon Instruments | G-2B | |
| Flea3/CCD camera | Point Grey | FL3-U3-13S2M-CS | Trapping laser |
| Diode pumped neodymium yttrium vanadate(Nd:YVO4) | Spectra Physics | J20I-8S-12K/ BL-106C | |
| Indium tin oxide (ITO) Coated coverslips | SPI supplies | 06463B-AB | Polystyrene microparticles |
| Fast Drying Silver Paint | Tedpella | 16040-30 | |
| Dri-Cal size standards | Thermo Scientific | DC-20 | |
| Optical Fiber | Thorlabs | P1−1064PM-FC-5 | bottom plate |
| Aluminium plate | Thorlabs | CP4S | |
| High voltage power amplifier | TREK | PZD700A M/S |
References
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