Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Bir İzleme Ortamında plasmonik Yakalama ve Nanopartiküller Yayın

Published: April 4, 2017 doi: 10.3791/55258
Automatic Translation
1, 2
1Division of Scientific Instrumentation, Korea Basic Science Institute (KBSI), 2School of Mechanical Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Summary

plasmonik cımbız katılan bir mikroçip üretim süreci burada sunulmuştur. Mikroçip maksimum sıkıştırma kuvvetinin ölçülmesi için bir tuzak parçacığın görüntülenmesine olanak sağlar.

Abstract

Plasmonik cımbız polarize nano ölçekli nesneleri tutmak için yüzey plazmon Polaritonlar kullanın. plasmonik cımbız çeşitli tasarımlar arasında sadece birkaç immobilize parçacıkların gözlemleyebiliriz. Ayrıca, çalışmaların sınırlı sayıda deneysel parçacıklar üzerinde exertable kuvvetleri ölçüldü. tasarımlar çıkıntılı nanodisk türüne veya bastırılmış nanohole türü olarak sınıflandırılabilir. İkincisinin için, mikroskobik gözlem son derece zordur. Bu yazıda, yeni plasmonik cımbız sistemi bir plasmonik nanohole yapının simetrik eksenine paralel ve dik yönde hem de parçacıklar izlemek için sokulur. Bu özellik nanohole kenarına yakın her parçacığın hareketini gözlemlemek için bize sağlar. Ayrıca, miktar yeni akışkan kanalı kullanılarak maksimum sıkıştırma kuvvetinin tahmin edilebilir.

Introduction

mikro nesneleri işlemek yeteneği birçok mikro / nano deneyleri için vazgeçilmez bir özelliktir. Direkt temas manipülasyonlar manipüle nesneleri zarar verebilir. Daha önce düzenlenen nesneleri serbest bırakılması nedeniyle de yapışma problemlerinin zordur. Bu sorunların üstesinden gelmek için, bir akışkan 1, elektrikli 2, manyetik, 3 veya foton kuvvetleri 4, 5, 6, 7 kullanarak birkaç dolaylı yöntemler, 8 önerilmiştir. Fotonik güçlerini kullanmak plasmonik cımbız olay yoğunluğu 9 daha büyük olağanüstü saha geliştirme birkaç siparişlerin fiziği dayanmaktadır. Bu son derece güçlü alan geliştirme son derece küçük nano parçacıkların yakalanmasını sağlar. Örneğin, hareketsiz ve nano boyutlu işlemek için gösterilmiştirpolistiren partikülleri 7, 10, 11, 12, 13, 14, polimer zincirleri 15, proteinler 16, kuantum noktaları 17 ve DNA moleküllerinin 8, 18 gibi nesneler. Onlar etkili bir şekilde incelenir önce hızlı bir şekilde yok ya çünkü lazer yüksek yoğunluğu nedeniyle hasar nedeniyle plasmonik cımbız olmadan, tuzak nanopartiküller zordur.

Birçok plasmonik çalışmalar çeşitli nano ölçekli altın yapılarını kullanmışlardır. Biz, 19 nanodisk türleri, 12, 13, 14, 15 çıkıntı yapan olarak altın yapıları kategorize 20, 21 ya da bastırılmış nanohole tipi 7, 8, 10, 11, 22, 23. ikincisi için, altın substratlar gözlem açılma alanı nedeniyle, görüntüleme kolaylık açısından, nanodisk türleri nanohole türlerine göre daha uygundur. Ayrıca, plasmonik yakalama plasmonik yapının yakınında meydana gelir ve gözlem daha zor hale getirir. Bizim bilgimize göre, nanohole türlerinde plasmonik yakalama oranı sadece dolaylı saçılma sinyallerini kullanarak doğrulandı. Ancak, bu tür mikroskobik görüntüleri gibi hiçbir başarılı direkt gözlemler, bildirilmiştir. Çok az çalışma sıkışan partiküllerin pozisyon tarif edilmiştir. Bu tür bir sonuç, Wang ve arkadaşları tarafından sunuldu. Onlar altın maddesi üzerinde bir altın sütunu oluşturulur ve p gözlenenBir floresan mikroskop 24 ile eşya hareketi. Bununla birlikte, bu ışın eksenine paralel yönde değil yanal hareketlerini izlemek için etkilidir.

Bu yazıda, yeni akışkan mikroçip tasarım ve üretim prosedürlerini tanıtmak. Bu çip kullanarak, plasmonik nano paralel ve dik yönde hem de plasmonically sıkışan partiküllerin izleme göstermektedir. Ayrıca, mikroçip, uç hızı bulmak için akışkan hızı artırılarak immobilize parçacığın maksimum kuvveti ölçer. plasmonik cımbız üzerinde çoğu çalışma nicel deneysel kurulumları kullanılan maksimal yakalama kuvvetleri gösteremez çünkü bu çalışma benzersizdir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dikkat: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik yönetmeliklerine bakınız. mikroçip üretiminde kullanılan kimyasalların Çeşitli akut zehirli ve kanserojendir. mühendislik kontrolleri (davlumbaz, sıcak levha ve hizalama) ve kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlükler, eldivenler, laboratuvar önlüğü, boy pantolon ve kapalı kullanımı dahil, Fotolitografiyi ve Aşındırma işlemleri gerçekleştirirken tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanın -toe ayakkabılar).

PDMS mikrokanalın 1. İmalat

  1. fotolitograf işlemi ile mikro kalıp İmalatı
    1. Tamamen pirana temizleme (Şekil 1a) ile 4 inçlik Si levhanın yüzeyine yabancı maddeleri çıkarmak. Çanak pirana solüsyon yapmak için 3: 1 oranında sülfürik asit (H2 SO 4) ve hidrojen peroksit (O 2H 2) karıştırın. Tedricen kuvvetli bir asit az miktarlarda ilave edilmesi (H2O karıştırın (H2 SO 4) için; Bu düzen tersine için yüksek ölçüde reaktif kuvvetli bir asit, bir patlamaya yol açabilir.
    2. 10 dakika boyunca pirana çözeltisi içinde gofret daldırın. Daha sonra geri kalan pirana çözeltisi çıkarmak için 3 dakika boyunca deiyonize (Di) su içinde gofret bırakın. 10 sn için distile su akan gofret durulayın. Kalan DI uzaklaştırmak için N2 gazı ile yıkama prosedürü 3 kez kuru tekrarlayın.
    3. ayrıca, gofretin kurutmak için 180 ° C'de 20 dakika boyunca bir sıcak plaka üzerinde gofret yerleştirin.
    4. 1500 rpm'de (1b Şekil) 45 s için gofret ve spin kaplama üstünde olumsuz fotorezist 5 ml dökün; döndürmeli kaplama sonrasında bir fotorezist boncuğu, fotorezist nispeten yüksek yoğunlukta gofret kenarında oluşturulur.
    5. 5 saat boyunca bir tesviye stand düzleştirme fotodirenç kaplı gofret dengeleyin.
    6. 65 ° C'de 12 dakika boyunca bir sıcak plaka üzerinde fotorezist kaplı gofret yerleştirinC, 95 ° C de 35 dakika ve 65 ° C (yumuşak pişirme) 12 dk.
    7. Maske tutucu ve hizalama substrat aşamasında yumuşak pişmiş gofret film maskesi sabitleyin. Fotorezist katılaşmaya 650 mJ / cm2'de 43 s için ultraviyole (UV) ışığa maruz.
    8. 65 ° C, 95 ° C de 15 dakika ve 65 ° C (maruziyet sonrası pişirme), 5 dakika, 5 dakika boyunca sıcak plaka üzerinde gofret yerleştirin.
    9. unsolidified fotodirencin çıkarmak için 30 dakika boyunca fotoresist gofret bırakın.
    10. Geri kalan IPA çıkarmak için izopropil alkol (IPA) ve N2 gazı ile kuru ile gofret durulayın.
  2. PDMS mikrokanalın imalatı
    1. Gofret ve atmosferik plazma makinesi 25 ile B 200 bir güçte, 1 dakika için fotorezist kalıbın yüzeyinin tedavi; CH4 gaz akışları ve Sırasıyla, 6 ve 30 sccm olmalıdır. Kolayca polyd ayırmak için bu hidrofobik işlemin gerçekleştirmegofret ve ışığa dirençli kalıp (Şekil 1c) yüzeyinden dimetilsiloksan (PDMS) mikrokanal.
    2. PDMS baz karıştırılması ve 10 arasında bir oranda sertleştirici PDMS çözeltisi hazırlayın: 1 arasındadır. 2 dakika boyunca karıştırın.
    3. bir Petri kabı içinde çok ince bisküvi (150 mm x 15 mm) yerleştirilir ve PDMS çözeltisi 100 ml. Bir desikatörde kullanarak karıştırarak elde oluşturulan kabarcıklar çıkarın.
    4. PDMS çözeltisi (Şekil 1d ve h) katılaşması 80 ° C 'de 2 saat süre ile bir fırında Petri tabağına yerleştirin.
    5. Bir tıraş bıçağı ile PDMS mikrokanalın dış hattı boyunca kesip gofret ayırmak; 13 mm long, 300 um genişliğinde ve 150 um, yüksek (Şekiller 1e, f, i): imal PDMS mikrokanal aşağıdaki boyutlara sahip olmalıdır.
      Not: deliklerin iki tip tek modlu fiber (SMF), kablo ve borular eklemek için bir micropuncture ile üretilir: (a girişinePDMS mikrokanal (Şekil 1 g ND çıkış)). SMF kablo altın plaka çentikli nanohole lazer ışınını göndermek üzere kullanılır. tüp / ekleme PDMS mikrokanal ila / parçacık çözeltisi elde etmek için kullanılmaktadır.
    6. PDMS mikrokanalın her bir ucunda 1.5 mm giriş ve çıkış delikleri ile delinmesi. PDMS mikrokanalın merkezinde bir 0.3 mm SMF kablo deliği delmek.

Altın Plate 2. Aşındırma yöntem

  1. 25 x 6.25 mm2 (Şekil 2a) boyutları olan, ticari olarak temin edilebilen altın plakası hazırlayın.
  2. Aşağıdaki temizleme prosedürleri ile altın plaka üzerinde herhangi bir yabancı madde çıkarın. Her biri 5 dakika boyunca aseton, metanol, ve DI su daldırılarak aşağıdaki sırada temizleyin.
  3. 10 s için altın plaka DI su ile 3 kez yıkayın ve kalan DI suyun ayrılması için N2 gazı ile plaka kurutun.
  4. için sıcak plaka üzerinde altın plaka yerleştirin180 ° C de 20 dakika tam olarak kalan nemi çıkarmak için.
  5. 3,000 rpm'de 40 saniye için altın kaplama sıkma tabakasında heksametildisilazan (HMDS) 0.5 mL dökün.
  6. 3,000 rpm'de 40 saniye için spin kaplı HMDS'nin üst ve sıkma tabakasında pozitif fotorezist 0.5 mL dökün (Şekil 2b).
  7. 110 ° C (yumuşak kabartma) 90 s için sıcak plaka üzerinde fotorezist kaplı altın plaka koyun.
  8. cam levhanın film maskesi saptamak ve alt tabaka sahnede yumuşak pişmiş altın plaka yerleştirilir. Photoresist'i erimesi için 64 mJ / cm2 4.5 saniye boyunca UV ışığına Açığa.
  9. 1 dakika çözündürüldü fotorezist (Şekil 2c) uzaklaştırmak için fotodirenç altın plaka bırakın. DI suyla Altın plaka durulayın ve N2 gazı ile kurutulur.
  10. Maruz Au (Şekil 2d) uzaklaştırmak için 28 Â / sn bir aşındırma hızında 45 sn Au yanığı altın plaka bırakın. DI Su sağlama altın plaka durulayınR ve N2 gazı ile kurutulur.
  11. Maruz Ti (Şekil 2e) çıkarmak için 25 Â / sn bir aşındırma oranı 5 saniye için Ti yanığı altın plaka bırakın. DI suyla Altın plaka durulayın ve N2 gazı ile kurutulur.
  12. 3 dakika her biri (Şekil 2f) aseton, metanol ve Dİ su içinde daldırarak altın levha üzerinde kalan fotorezist çıkarın; Yazılı sırayla plaka bırakın.
  13. 10 s için altın plaka DI su ile 3 kez yıkayın. N2 gazı ile kuru DI su uzaklaştırılmıştır.
  14. Tamamen nemi çıkarmak için 120 ° C'de 3 dakika boyunca sıcak plaka üzerinde altın plakayı; üretilen altın blok 400 x 150 um 2 (Şekil 2 s) olmalıdır.
  15. Değirmen aşındırma (Şekiller 2G ve i) sonra imal edilmiş altın bloğun merkezinden bir odaklanmış iyon demeti (FİB) kullanılarak 400 nm nanohole. altın bl odaklanmak için 370-nm dairesel model oluşturma3 s boyunca 28 pA 30 kV voltaj hızlandırıcı bir iyon ile takılıp sıkıştırılmış.

Microchip 3. Montaj

  1. 80 W bir güç ve 825 mTorr 25 arasında bir basınçta bir plazma sistemi ile bir araya bağlamak için O2 plazma ile 1 dakika için PDMS mikrokanal ve altın plakanın her iki yüzünü de maruz bırakınız.
    NOT: Bu altın blok ve PDMS mikro kanal mikrometre düzeyinde olduğu için hassasiyetle bunları eklemek özellikle zordur. Bu nedenle, bir kamera ve bir el aşaması ile bir hizalama kullanın.
  2. Hizalayıcı (Şekil 3a), maske tutucu film bir maske için kullanılan cam levhanın sabitleyin.
  3. Cam levhanın Ç 2 -plazma ile muamele edilmiş PDMS mikrokanalı takın; PDMS hidrofilik olduğu için, kolayca herhangi bir yapışma çözüm olmadan cam levhanın eklenecektir. Hizalayıcı (Şekil 3a), alt-tabaka aşamasında altın kaplamalı sabitleyin.
  4. th merkezlerini bulunhizalama kamerayı kullanarak, aynı eksen üzerinde hizalanmış e SMF kablo deliği ve altın blok. Iki parça (Şekil 3b ve c) birleştirmek için el aşaması kaldırın.

PDMS Coating Mikroçip yan yüzey Pürüzlülüğünün 4. Yapı

Not: 400 x 150 um 2 sabit boyutlara sahip altın kaplama PDMS malzemeden daha kesmek için nispeten daha zordur. Bu nedenle, levhanın PDMS mikrokanalı ayırmak için, bir traş makinesi bıçak altın plaka daha büyük bir parçasını kesmek için kullanılır. Kanalın içinde bir mikroskop (Şekil 4a) yan taraftan bakıldığı şekilde iki parça birleştirdikten sonra, altın plaka PDMS nisbetle aşırı parçalar daha sonra kesilmelidir. Bununla birlikte, bir pencere olarak kullanılan kesim yüzeyi, yüksek bir yüzey pürüzlülüğüne sahiptir ve sonuç olarak (Şekil kanalda akan parçacıkların bulutlu görüntüler üretir4b). PDMS çözeltisi ile Kaplama Bu sorunu gidermek için yeniden gerçekleştirilir.

  1. 10 de madde PDMS taban karıştırılması ve kür PDMS çözeltisi hazırlayın: 1 oranında 2 dakika boyunca karıştırın.
  2. Petri kabı içine PDMS çözeltisi 2 ml dökün ve 1000 rpm'de (şekil 4c) 30 s için sıkma kaplama yapmak.
  3. Petri kabı (Şekil 4d) ile mikroskop yer alacak olan mikroçip yüzeyi yerleştirin. PDMS çözeltisi katılaşmaya 80 ° C'de 1 saat boyunca bir fırında Petri tabağına yerleştirin.
  4. Mikroçip ve bir tıraş bıçağı kullanılarak PDMS sınır kesin ve daha sonra Petri çanak ayırmak (Şekil 4e, f).

5. Lazer Kavrama Microchip SMF Kablo takma için

NOT: plasmonik cımbız sistemi için, bir 1.064 nm dalga boyu olan bir fiber optik gelen lazer kullanılır. SMF kablo inci çapı için kullanılandiş lazer (5 mm), mikroçip altın bloğu (400 x 150 um 2) ile öğütülmüş nanohole lazer ışınını göndermek üzere çok büyüktür. SMF kablonun kaplama çapı 125 um'dir. Bu nedenle, gelen lazer ve SMF kablo bağlanmış olması gerekir.

  1. Mikroskop objektif bir 40X objektif lens SMF coupler'inde monte bağlayın. SMF bağlayıcı elyaf kelepçesi üzerine SMF kablo sabitleyin. objektif lens arka açıklığı doldurmak için gelen lazer ışını hizalayın.
  2. SMF kuplörün donatılmış üç eksenli el aşamasında ayarlayarak SMF kablo göbeğine lazer ışınının odak.
  3. mikroçip SMF kablo deliğine SMF kablosunun diğer ucunu yerleştirin. mikroçip de sabit fiber kablo müstakil edilemez, çünkü elyaf kablosunun kenarında sokulmasından önce lazer gücü ölçün.
  4. SMF kabin arasındaki boşluktan akan parçacık çözeltisi sızmasını önlemek için, epoksi yapıştırıcı kullanılarak SMF kablo deliği mühürle deliği (300 um) ve SMF kablo (125 um) kaplama; yerleştirilen fiber kablosunun ucu sıvı akışını önlemek için mikrokanalı girmek gerekir. El ile bu nanohole barındıran altın bloğuna dik olacak şekilde Görsel geri-besleme fiber kablo hizalayın.

Microchip 6. plasmonik Yakalama Tek Floresan Polistiren Parçacık

  1. bir şırınga micropump etmek mümkündür ve parçacık çözeltisi ile doldurulmuş olan şırınga, takın. floresan mikroskop örnek aşamasında cam kapak yerleştirin. mikroçip giriş / çıkış delikleri tüpleri bağlayın. cam kapak üzerinde PDMS kaplı mikroçip yüzeyi yerleştirin.
  2. floresan mikroskopu üzerinde monte kamera ile kanalın iç gözlemleyerek 60X su daldırma objektif lense ortogonal mikroçip yerleştirin. yerinde mikroçip düzeltmek için şeffaf bant kullanın. Şırınga KD ile mikroçip giriş borusunuEdle.
  3. 20 um / s mikropompayı kontrol ederek mikroçipe parça çözeltisi ekleyin. Bu anda, floresan lamba açıldığında floresan parçacık kanalında da gözlenebilir olduğunu teyit etmektedir.
  4. parçacık çözeltisi mikroçip çıkışından çıkar kadar bekleyin. 3.4 mm / s hız ayarlama.
  5. o nanohole içine lazer yayar, böylece lazer kaynak cihazı çevirin; Floresan parçacık nanohole RIM sıkışacaktır.
  6. tuzak parçacık çıkar kadar mikropompayı kontrol edilmesi ile 0,4 mm / s artışlarla akışkan hızı Rampa. sıkışan parçacıklar kaçış akışkanın hızını ölçer. Bu ölçülen akışkan hızı kullanarak her lazer yoğunluğu için maksimum yakalama gücü elde edilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

PDMS mikrokanal ve nanohole altın plakasının fabrikasyon işlemi, Şekil 1 ve 2 de gösterilmiştir. Yöntem iki parçaları birleştirmek ve gerçek mikroçip, Şekil 3 'de gösterilmiştir. PDMS mikroçip tarafından kanalın içini ortaya çıkarmak için kesilmiştir. Bununla birlikte, bunun nedeni, kesme düzleminin yüzey pürüzlülüğünün kanalda akan parçacıkların gözlemlemek zordu. Bu nedenle, Şekil 4'te gösterildiği gibi, bu sorunu çözmek için PDMS kaplama yöntemi tanıtır.

Biz PDMS kaplamanın etkisini teyit etmek mikroçip polistiren partikülleri, akan 5-um görülmektedir. Şekil 5, bir mikroskop kullanılarak mikroçip gözlenen gerçek imal mikroçip ve parçacıklar göstermiştir. Şekil 5a ve C öncesi ve appeara sonra olanmikroçipin nces. Şekil 5b, ve d'nin her biri büyütülmüş yüzeyleridir. Şekil 5f, parçacıkların kenarları özellikle açık ve hareketleri izlenebilir göstermektedir, oysa Şekil 5e, akan bulanık parçacıklar göstermiştir. Yukarıda olduğu gibi, mikroçip yüzeyinin PDMS kaplama tuzak parçacıkların izlenmesi için gereklidir.

Şekil 6, plasmonik cımbız sistemi tarafından plasmonik optik yakalama geçiren 100 nm polistiren parçacık gösterir. 0.14 sayısal açıklık (NA) ile bir SMF kablo kullanılmıştır. Bir boru mikroçip kanalının giriş / çıkış delikleri sokulmuştur. Bir mikro pompa yerleştirin ve 100 nm floresan polistiren parça çözeltisi toplamak için kullanılmıştır. Plasmonik fenomen tarafından tutulan bir parçacığın iç görünümü vurgulamak için, Şekil 6a'daki noktalı parça bir girintinin olarak büyütülmüştür,

Şekil 7, mikrokanal içinde akan bir 100-nm floresan polistiren partikül tuzak ve 0.42 mW / um 2 yoğunluğunda nanohole tahliye edildi ardışık görüntüler gösterir. Şekil 7a'da gösterildiği gibi, parçacıkların, sıvı bir yönde 3.4 mm / s'lik sabit bir hızda akar. Lazer açıldığında sonra, partiküllerin bir Şekil 7b'de gösterildiği gibi, nanohole sıkışan edildi. Şekil 7c'de gösterildiği gibi, tersine, bir parçacık, akımı aktı. tuzak parçacık kaçan kadar sonra, akış hızı yükseltilmiştir. Şekil 7d pa göstermektedirMADDE tuzak kaçan. Şu anda, bizim parçacık kaçtığında akışkan hızı ölçülerek doğrudan gözlem ile bindirme kuvvetinin tahmin edilebilir. Biz de ters yönde çalıştı. Bunun yerine sıvı hızı arttırmak, yavaş yavaş 1 mW azalma oranlarının, lazer gücü azalmış ve parçacık kaçtığında yoğunluğu kaydedildi. Bu lazer yoğunluğu en az yakalama lazer yoğunluğu olarak tanımlanır ve 0.24 mW / um 2 olduğu ölçüldü.

Şekil 1
Şekil PDMS mikrokanalın 1. İmalat. (A) silisyum hazırlanması. Gofret (b) Fotorezist döndürerek kaplama. (C) bir fotolitografi işlem ile imal mikro kalıp. (D) levhanın PDMS çözeltisi döküldükten sonra bir fırın kullanarak PDMS katılaşma. (e) Mikro kesme PDMS. (F) gofret PDMS mikro dekolmanı. (G) giriş / çıkış ve SMF kablo delikleri PDMS mikrokanal ile delinmiş. Gerçek (h) gofret PDMS katılaştı. (I) Mevcut müstakil PDMS mikrokanal. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

şekil 2
Levhalama usulünden sonra altın plaka üzerinde nanohole 2. Fabrikasyon Şekil. Cam üzerinde Au ve Ti (a) Çökelme. Altın plaka (b) Fotorezist döndürerek kaplama. UV ışığına maruz kaldıktan sonraki (c) Çözünmüş fotorezist çıkarılması. (D) Au dağlama. (E) Ti dağlama. (F) fotorezist yeniden Kalan moval. (G) altın blokta bir odaklanmış iyon demeti ile Nanohole öğütme. (H) Gerçek imal altın bloğu. (I) altın blokta gerçek öğütülmüş nanohole. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 3,
Mikroçip Şekil 3. Montaj işlemi. (A) bir maske tutucu ve alt-tabaka aşamasında PDMS mikrokanalı ve altın plaka saptamak sırasıyla hizalama ile donatılmıştır. (B) PDMS mikrokanal parçası ve O 2 plazma ile yüzey işleminden sonra altın plaka kombinasyonu. (C, d) bir arada sonra Monte mikroçip. PDMS mikrokanalın aşırı miktarda (e) çıkarılması.ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg" target = '_ blank'> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4,
PDMS kaplama ile yüzey pürüzlülüğü iyileştirme 4. İşlem Şekil. (A) iki parça birleştirildikten sonra bir tıraş makinesi bıçağı kullanılarak, fazla miktarda çıkarın. (B) kesme işleminden sonra mikroçip Yüksek yüzey pürüzlülüğü. Petri kabı (c) PDMS çözüm döndürerek kaplama. Spin kaplı PDMS çözeltisi içine mikroçip pencere yüzeyi Daldırma (d). Petri kabı (e) PDMS kaplı mikroçip dekolmanı. (F) PDMS kaplama ile yüzey pürüzlülüğünün iyileştirilmesi. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.


Şekil 5. önce ve PDMS kaplamadan sonra mikrokanal içinde mikroçip ve 5-um, polistiren taneciklerin gözlem Montajlı. PDMS kaplama ve büyütülmüş görünümü önce (a, b) Microchip. PDMS kaplama ve büyütülmüş görünümü sonra (c, d) Microchip. (E, f) önce ve PDMS kaplamadan sonra mikrokanal içinde parçacıkların gözlenmesi. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 6,
6. dizayn plasmonik cımbız sistemi Şekil. (A) plasmonik cımbız sisteminin şematik. (b Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil 7,
Şekil 7. Yakalama ve mikro içinde 100 nm floresan polistiren partikülün serbest bırakır. (A) parçacık akımına akan mikrokanal. Başka bir partiküle kıyasla nanohole (b, c) hapsolmuş partikülüdür. Nedeniyle artan akışkanın itme gücüne tuzak kaçan (d) Parçacık. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Şekil 6a dikdörtgen nokta gösterilen SMF kablosu, mikroçip üzerinde SMF kablo deliğine sokulmuştur. SMF kablo delik kablo çapından daha büyük olduğu için, epoksi yapıştırıcı akan parçacık çözeltisi sızmasını önlemek için bir boşluğu kapatmak için kullanılmıştır. epoksi yapıştırıcı tatbik edilmeden önce, altın bloğu ve kablo kenarı eş eksenli olarak, bir mikroskop kullanılarak elle hizalanmalıdır. bu eş eksenli olarak hizalanabilir sokulan kablo kenar ve nanohole için ideal olmasına rağmen, hafif bir yanlış hizalanmasından 0.14 NA SMF kablo kenarının ucundan yayılan sonra lazer ışını farklılaştığı için tolere edilir ve kiriş çok daha büyük bir etki olabilir bölgesi. mikroçip mikroskop optik eksene dik olacak şekilde konfigüre edilmiştir, çünkü doğrudan nanohole yerini gözlemleyemedim. nanohole konumu sadece dolaylı nanohole de plasmonically tuzağa parçacık yerini gözlenmesiyle belirlenebilir. birÇözelti fiber kablo bir kamera yükleme ve altın blok izlemek için kullanılarak sağlanabilir.

mikroçip ayırt edici özelliği, gerçek zamanlı olarak plasmonik nanohole yakın parçacık hareketi izlemek için yeteneğidir. bir partikülün hareketi, aşağıda tarif edilen senaryoyu izler. Sıvı ön parçacıkları akışları, bazı parçacıklar altın bloğuna doğru hareket eder. Bazı durumlarda, bir parçacık nedeniyle nanohole için cazibe nanohole kenarına özellikle yakın alır ve sonunda hareketsiz hale gelir. parçacık sıvı kuvvetini aştığında bu anda, optik kuvvet uygulamıştır. Daha sonra, hareketsiz parçacık nanohole kenarının sıvı hızı artar kaçar; Bu şekilde, akışkan kuvveti optik kuvvetinden daha güçlü hale gelir. maksimal yakalama kuvveti bu terminal akışkan hızından ölçülebilir. parçacık g ile fiziksel temas içinde olduğu için Bununla birlikte, geleneksel sürükleme kuvveti denklemi kullanılamaznanohole eski duvar. Altın duvarının yüzey etkisini dikkate için, yüzeye yakın sıvı hareketi dikkate sonlu elemanlar metodu kullanılır ve akışkan kuvveti elde edilmiştir.

Biz lazer ışını ekseni boyunca parçacık dinamiklerinin izlenmesi sağlayan yeni plasmonik cımbız kurulumu girmiştik. Bunun aksine, daha önceki çalışmalar, sadece bu nanoblock 12, nanodisk 13, 14, 19, 21, nanostick 20 ve nanopyramid 18 ile olduğu gibi, lazer ışını eksenine dik düzlemde parçacık hareketi hazırladık. Bundan başka, nanohole türlerinin durumunda, yakalama değil, yalnızca 23, görsel olarak izlenmesi 10, 11 saçılma sinyalinin izlenmesi ile gözlenebilir. Ancak,biz kesin çünkü akım görüntüleme tekniklerinin sınırlı yetenekleri parçacık konumunu ölçemedik. görüntüleme kalitesi daha da kesin dislokasyon ölçümlerini onaylamak için iyileştirilmelidir. Bu teknik, tek bir molekülün karakterizasyonu ve biosensörleme uygulanabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Bu çalışma, BİT Ar-MSIP / IITP (R0190-15-2040, bir içerik konfigürasyon yönetimi sistemi Geliştirme ve 3 boyutlu baskı için bir simülatör akıllı materyaller kullanılarak) D programı tarafından desteklenmiştir.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Negative photoresist  MicroChem SU-8 2075
Developer MicroChem SU-8 Developer
Positive photoresist  Merck Ltd. AZ GXR-601
AZ Photoresist Developers Merck Ltd. AZ 300 MIF
HMDS Merck Ltd. AZ Adhesion Promoter
Aligner Midas System MDA 400M
Atmospheric plasma machine  Atmospheric Process
Plasma Co.		 IDP-1000
Polydimethylsiloxane (PDMS) Dow Corning Sylgard 184 A/B
Gold coated test slides EMF Co. TA124(Ti/Au)
Au etchant  Transene Inc. TFA
Ti etchant  Transene Inc. TFT
40X objective lens  Edmund Optics 40X DIN
60X water immersion
objective lens 		 Olympus LUMPLFLN 60XW
Optical fiber incident laser  IPG Photonic YLR 10
SMF coupler Thorlabs MBT612D/M
Syringe micropump Harvard PC2 70-4501
Fluorescent microscope  Olympus IX-51
Plasma system Femto Science Inc CUTE-MPR

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Crane, N. B., Onen, O., Carballo, J., Ni, Q., Guldiken, R. Fluidic assembly at the microscale: progress and prospects. Microfluid. Nanofluid. 14 (3), 383-419 (2013).
  2. Yao, B., Luo, G. A., Feng, X., Wang, W., Chen, L. X., Wang, Y. M. A microfluidic device based on gravity and electric force driving for flow cytometry and fluorescence activated cell sorting. Lab Chip. 4 (6), 603-607 (2004).
  3. Zhang, K., et al. On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force. Lab Chip. 9 (20), 2992-2999 (2009).
  4. Park, I. Y., Sung, S. Y., Lee, J. H., Lee, Y. G. Manufacturing micro-scale structures by an optical tweezers system controlled by five finger tips. J. Micromech. Microeng. 17, N82-N89 (2007).
  5. Kim, J. D., Hwang, S. U., Lee, Y. G. Traceable assembly of microparts using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 22, 105003 (2012).
  6. Kim, J. D., Lee, Y. G. Construction and actuation of a microscopic gear assembly formed using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 23, 065010 (2013).
  7. Kim, J. D., Choi, J. H., Lee, Y. G. A measurement of the maximal forces in plasmonic tweezers. Nanotechnology. 26 (42), 425203 (2015).
  8. Kim, J. D., Lee, Y. G. Trapping of a single DNA molecule using nanoplasmonic structures for biosensor applications. Biomed. Opt. Express. 5 (8), 2471-2480 (2014).
  9. Quidant, R. Plasmonic tweezers - the strength of surface plasmons. MRS Bull. 37 (8), 739-744 (2012).
  10. Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles. Nat. Phys. 5, 915-919 (2009).
  11. Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film. Nano Lett. 11 (9), 3763-3767 (2011).
  12. Tanaka, Y., Kaneda, S., Sasaki, K. Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair. Nano Lett. 13 (5), 2146-2150 (2013).
  13. Kang, J. H., et al. Low-power nano-optical vortex trapping via plasmonic diabolo nanoantennas. Nat. Commun. 2, 582 (2011).
  14. Roxworthy, B. J., et al. Application of plasmonic bowtie nanoantenna arrays for optical trapping, stacking, and sorting. Nano Lett. 12 (2), 796-801 (2012).
  15. Shoji, T., Tsuboi, Y. Plasmonic optical tweezers toward molecular manipulation: tailoring plasmonic nanostructure, light source, and resonant trapping. J. Phys. Chem. Lett. 5 (17), 2957-2967 (2014).
  16. Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of a single protein. Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).
  17. Tsuboi, Y., et al. Optical trapping of quantum dots based on gap-mode-excitation of localized surface plasmon. J. Phys. Chem. Lett. 1, 2327-2333 (2010).
  18. Shoji, T., et al. Permanent fixing or reversible trapping and release of DNA micropatterns on a gold nanostructure using continuous-wave or femtosecond-pulsed near-infrared laser light. J. Am. Chem. Soc. 135 (17), 6643-6648 (2013).
  19. Grigrenko, A. N., Roberts, N. W., Dickson, M. R., Zhang, Y. Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates. Nat. Photonics. 2, 365-370 (2008).
  20. Righini, M., et al. Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas. Nano Lett. 9 (10), 3387-3391 (2009).
  21. Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. T. Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice. Nano Lett. 13 (9), 4118-4122 (2013).
  22. Berthelot, J., et al. Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers. Nat. Nanotechnol. 9 (4), 295-299 (2014).
  23. Chen, C., et al. Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity. Nano Lett. 12 (1), 125-132 (2011).
  24. 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).
  25. Byun, D., Cho, S. J., Kim, S. Fabrication of a flexible penetrating microelectrode array for use on curved surfaces of neural tissues. J. Micromech. Microeng. 23, 125010 (2013).

Tags

Mühendislik Sayı 122 plazmonik plasmonik cımbız optik tuzak optik güçleri Mikroakiskan nanohole nanopartiküllerin immobilizasyonu
Bir İzleme Ortamında plasmonik Yakalama ve Nanopartiküller Yayın
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, J. D., Lee, Y. G. Plasmonic… More

Kim, J. D., Lee, Y. G. Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment. J. Vis. Exp. (122), e55258, doi:10.3791/55258 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter