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Engineering

Plasmónica la captura y liberación de nanopartículas en un entorno de monitorización

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

Un proceso de fabricación de microchip que incorpora pinzas plasmónica se presenta aquí. El microchip permite la obtención de imágenes de una partícula atrapada para medir fuerzas de captura máximas.

Abstract

pinzas plasmónica utilizan polaritonas de plasmones superficiales para confinar los objetos a escala nanométrica polarizables. Entre los diversos diseños de pinzas plasmónica, sólo unos pocos pueden observar partículas inmovilizadas. Por otra parte, un número limitado de estudios han medido experimentalmente las fuerzas que puede ejercer sobre las partículas. Los diseños pueden ser clasificados como el tipo nanodisk que sobresale o el tipo nanohole suprimida. Para estos últimos, la observación microscópica es extremadamente difícil. En este trabajo, se introduce un nuevo sistema de pinzas plasmónica para controlar las partículas, tanto en direcciones paralelas y ortogonales al eje simétrico de una estructura nanohole plasmónica. Esta característica nos permite observar el movimiento de cada partícula cerca del borde de la nanohole. Por otra parte, se puede estimar cuantitativamente las fuerzas máximas de captura utilizando un nuevo canal fluídico.

Introduction

La capacidad de manipular objetos microescala es una característica indispensable para muchos experimentos micro / nano. manipulaciones de contacto directo pueden dañar los objetos manipulados. La liberación de los objetos anteriormente en manos también es un reto debido a problemas de adherencia estática. Para superar estos problemas,, 8 se han propuesto varios métodos indirectos utilizando fluídico 1, 2 eléctrico, magnético 3, o fuerzas fotónicos 4, 5, 6, 7. Pinzas plasmónica que utilizan fuerzas fotónicos se basan en la física de las extraordinarias de mejora de campo de varios órdenes más grandes que la intensidad incidente 9. Esta extremadamente fuerte aumento del campo permite la captura de nanopartículas extremadamente pequeñas. Por ejemplo, se ha demostrado para inmovilizar y manipular a escala nanométricaobjetos, tales como partículas de poliestireno 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 cadenas de polímero, proteínas 16, puntos cuánticos 17, y moléculas de ADN 8, 18. Sin pinzas plasmónica, es difícil de nanopartículas de trampa, ya que desaparecen rápidamente antes de que se examinan de manera efectiva o porque están dañados debido a la alta intensidad del láser.

Muchos estudios plasmónicas han utilizado diversas estructuras a nanoescala de oro. Podemos clasificar las estructuras de oro como sobresale tipos nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 20, 21 o suprimidas tipos nanohole 7, 8, 10, 11, 22, 23. En términos de conveniencia de formación de imágenes, los tipos nanodisk son más adecuados que los tipos nanohole porque, para este último, los sustratos de oro pueden obstruir la vista de observación. Por otra parte, el atrapamiento plasmónica se produce cerca de la estructura plasmónica y hace la observación aún más difícil. A lo mejor de nuestro conocimiento, atrapamiento en plasmónica tipos nanohole solamente se verifica por medio de señales de dispersión indirectos. Sin embargo, no se han reportado observaciones directas exitosas, como las imágenes microscópicas. Pocos estudios han descrito la posición de las partículas atrapadas. Un tal resultado fue presentado por Wang et al. Ellos crearon un pilar de oro sobre un sustrato de oro y observaron la partículo de movimiento utilizando un microscopio de fluorescencia 24. Sin embargo, esto sólo es efectivo para el control de movimientos laterales no en la dirección paralela al eje del haz.

En este trabajo, se introduce nuevos procedimientos de diseño y fabricación de microchips de fluidos. El uso de este chip, demostramos el seguimiento de partículas plasmonically atrapados, tanto en direcciones paralelas y ortogonales a la nanoestructura plasmónica. Por otra parte, se mide la fuerza máxima de la partícula inmovilizada mediante el aumento de la velocidad del fluido a encontrar la velocidad de inflexión en el microchip. Este estudio es único porque la mayoría de los estudios sobre las pinzas plasmónica no pueden demostrar cuantitativamente las fuerzas máximas de captura utilizados en sus montajes experimentales.

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Protocol

Precaución: Por favor refiérase a las normas de seguridad de material pertinentes antes de su uso. Varios de los productos químicos utilizados en la fabricación de microchips son agudamente tóxico y carcinogénico. Por favor, use todas las prácticas apropiadas de seguridad al realizar los procesos de fotolitografía y el grabado, incluyendo el uso de controles de ingeniería (campana de humos, placa caliente, y alineador) y equipo de protección personal (gafas de seguridad, guantes, ropa de laboratorio, pantalones largos, y cerrada zapatos -toe).

1. La fabricación de microcanal PDMS

  1. La fabricación del molde de microcanales por el proceso de fotolito
    1. Eliminar completamente sustancias extrañas en la superficie de la oblea de Si de 4 pulgadas con la limpieza Piranha (Figura 1a). Mezclar ácido sulfúrico (H 2 SO 4) y peróxido de hidrógeno (H 2 O 2) en una proporción de 3: 1 para hacer la solución Piranha en el plato. Mezclar mediante la adición gradual de pequeñas cantidades de ácido fuerte (H 2 O 2 SO 4); revertir esta orden puede causar una explosión debido a la ácido fuerte altamente reactivo.
    2. Sumergir la pastilla en la solución Piraña por 10 min. Posteriormente, sumergir la oblea en agua desionizada (DI) durante 3 min para eliminar la solución Piranha restante. Enjuague la oblea con un chorro de agua DI durante 10 s. Repetir el procedimiento de lavado 3 veces y seco con N 2 gas para eliminar el DI restante.
    3. Coloque la oblea en una placa caliente durante 20 min a 180 ° C para deshidratar aún más la oblea.
    4. Verter 5 ml de la sustancia fotorresistente negativa en la parte superior de la capa de la oblea y centrifugado durante 45 s a 1500 rpm (Figura 1b); después de revestimiento por rotación, una perla fotorresistente se crea en el borde de la oblea debido a la viscosidad relativamente alta de la resina fotosensible.
    5. Equilibrar la oblea fotorresistente recubierto por planarización en un soporte de nivelación durante 5 h.
    6. Coloque la oblea fotorresistente recubierto sobre una placa caliente durante 12 min a 65° C, 35 min a 95 ° C, y 12 min a 65 ° C (para hornear suave).
    7. Fijar la máscara de película en el soporte de la máscara y la oblea suave cocido al horno en la etapa de sustrato del alineador. Exponer a la luz ultravioleta (UV) durante 43 s a 650 mJ / cm 2 para solidificar la resina fotosensible.
    8. Coloque la oblea en la placa caliente durante 5 minutos a 65 ° C, 15 min a 95 ° C, y 5 min a 65 ° C (bicarbonato de post-exposición).
    9. Sumergir la oblea en el revelador fotorresistente durante 30 min para eliminar fotorresistente no solidificada.
    10. Enjuague la oblea con alcohol isopropílico (IPA) y se seca con N 2 gas para eliminar el IPA restante.
  2. Fabricación del microcanal PDMS
    1. Tratar la superficie de la oblea y el molde fotorresistente durante 1 min a una potencia de 200 W usando una máquina de plasma atmosférico 25; los flujos de gas de CH 4 y debe ser 6 y 30 sccm, respectivamente. Realizar este tratamiento hidrófobo para desprenderse con facilidad la polydimethylsiloxane (PDMS) microcanal de la superficie de la oblea y el molde fotorresistente (Figura 1c).
    2. Preparar la solución de PDMS mezclando la base de PDMS y agente de curado en una relación de 10: 1. Agitar la mezcla durante 2 min.
    3. Coloque la oblea dentro de una placa de Petri (150 mm x 15 mm) y añadir 100 ml de la solución de PDMS. Eliminar las burbujas que se crearon a partir de agitación usando un desecador.
    4. Coloque la placa de Petri en el horno durante 2 horas a 80 ° C para solidificar la solución de PDMS (Figura 1d y h).
    5. Corte a lo largo de los contornos del microcanal PDMS con una hoja de afeitar y separarla de la oblea; los microcanal PDMS fabricadas deben tener las siguientes dimensiones: 13 mm de largo, 300 m de ancho, y 150 micras alta (Figuras 1e, f, y i).
      NOTA: Dos tipos de agujeros se producen mediante un micropunción para insertar la fibra monomodo (SMF) de cable y los tubos (entrada unand salida) en el PDMS microcanal (Figura 1g). El cable SMF se utiliza para emitir el haz de láser a la nanohole molido en la placa de oro. El tubo se utiliza para insertar / extraer la solución de partículas a / desde el microcanal PDMS.
    6. Perforar 1,5-mm de entrada y agujeros de salida en cada extremo del microcanal PDMS. Perforar un agujero de cable SMF 0,3-mm en el centro del microcanal PDMS.

2. Proceso de grabado de la placa de oro

  1. Preparar una placa de oro disponible en el mercado con las dimensiones de 25 x 6,25 mm 2 (figura 2a).
  2. Retire cualquier sustancia extraña en la placa de oro con los siguientes procedimientos de limpieza. Clean en el siguiente orden por inmersión en acetona, metanol, y agua DI durante 5 min cada uno.
  3. Enjuague la placa de oro 3 veces con agua DI durante 10 s y se seca la placa con N 2 gas para eliminar el agua DI restante.
  4. Coloque la placa de oro en un plato caliente para20 min a 180 ° C para eliminar completamente la humedad restante.
  5. Verter 0,5 ml de hexametildisilazano (HMDS) en la placa de oro y de revestimiento por centrifugación durante 40 s a 3000 rpm.
  6. Verter 0,5 ml de fotoprotector positivo en la parte superior de los HMDS mediante revestimiento por centrifugación y de revestimiento por centrifugación durante 40 s a 3000 rpm (Figura 2b).
  7. Coloque la placa de oro fotorresistente recubierto sobre la placa caliente durante 90 s a 110 ° C (hornear suave).
  8. Fijar la máscara de película sobre la oblea de vidrio y colocar la placa de oro-suave cocido al horno en la etapa de sustrato. Exponer a la luz UV durante 4,5 s a 64 mJ / cm 2 para disolver la resina fotosensible.
  9. Sumergir la placa de oro en el revelador fotorresistente para 1 min para eliminar el fotoprotector disuelto (Figura 2c). Enjuague la placa de oro con agua DI y seco con N 2 gas.
  10. Sumergir la placa de oro en el Au reactivo de ataque durante 45 s a una velocidad de grabado de 28 Å / s para retirar el Au expuesta (Figura 2d). Enjuague la placa de oro con wate DIr y seco con N 2 gas.
  11. Sumergir la placa de oro en el reactivo de ataque Ti durante 5 s a una velocidad de grabado de 25 Å / s para retirar el Ti expuesto (Figura 2e). Enjuague la placa de oro con agua DI y seco con N 2 gas.
  12. Eliminar la fotorresistencia restante en la placa de oro por inmersión en acetona, metanol, y agua DI durante 3 min cada uno (figura 2f); sumergir la placa en el orden escrito.
  13. Enjuague la placa de oro 3 veces con agua DI durante 10 s. En seco con N 2 gas para eliminar el agua DI.
  14. Coloque la placa de oro sobre la placa caliente durante 3 minutos a 120 ° C para eliminar completamente la humedad; el bloque de oro producido debe ser 400 x 150 m 2 (Figura 2h).
  15. Molino un nanohole 400-nm utilizando un haz de iones focalizado (FIB) en el centro del bloque de oro que fue fabricado después del grabado (figuras 2g y i). Crear un patrón de círculo de 370 nm a centrarse en el bl oroock con un ion de un voltaje de aceleración de 30 kV a 28 pA durante 3 s.

3. Montaje del microchip

  1. Tratar las dos superficies de la microcanal PDMS y placa de oro durante 1 min con plasma de O2 para la fijación junto con un sistema de plasma a una potencia de 80 W y una presión de 825 mTorr 25.
    NOTA: Es notablemente difícil colocar con precisión debido a que el bloque de oro y microcanal PDMS están en el nivel micrométrico. Por lo tanto, usar un alineador con una cámara y una etapa manual.
  2. Fijar la oblea de vidrio que se utiliza para fijar la máscara de película al soporte de la máscara del alineador (Figura 3a).
  3. Una los O 2 -plasma tratados con PDMS microcanal a la oblea de vidrio; debido a que el PDMS es hidrofílico, se va a adjuntar fácilmente a la oblea de vidrio sin ningún tipo de solución de adherencia. Fijar la placa de oro en la etapa de sustrato del alineador (Figura 3a).
  4. Localizar los centros de jue SMF orificio del cable y oro bloque, que están alineados en el mismo eje, utilizando la cámara en el alineador. Levantar la etapa manual de combinar las dos partes (figuras 3B y C).

4. Mejora de la rugosidad de la superficie lateral del microchip por PDMS Revestimiento

NOTA: La placa de oro con dimensiones fijas de 400 x 150 m 2 es relativamente más difícil de cortar que el material de PDMS. Por lo tanto, para separar el microcanal PDMS de la oblea, una hoja de afeitar se utiliza para cortar un pedazo más grande que la placa de oro. Después de combinar las dos partes, las partes sobrantes del PDMS respecto a la placa de oro a continuación, deben ser cortados de manera que el interior del canal se puede observar desde el lado usando un microscopio (Figura 4a). Sin embargo, la superficie de corte, que se utiliza como una ventana, tiene una alta rugosidad de la superficie y por consiguiente produce imágenes nublados de las partículas que fluyen en el canal (figura4b). Recubrimiento con la solución de PDMS se realiza de nuevo para resolver este problema.

  1. Preparar la solución de PDMS mezclando la base de PDMS y agente de curado en una relación de 10: 1 y se agita durante 2 min.
  2. Verter 2 ml de la solución de PDMS en la placa de Petri y realizar el recubrimiento por centrifugación durante 30 s a 1000 rpm (Figura 4c).
  3. Coloque la superficie microchip que se va a estar ubicado en el microscopio en la placa de Petri (Figura 4d). Coloque la placa de Petri en el horno durante 1 h a 80 ° C para solidificar la solución de PDMS.
  4. Cortar la frontera del microchip y PDMS utilizando una hoja de afeitar y posteriormente separarla de la placa de Petri (Figuras 4e, f).

5. Acoplamiento láser para insertar el cable SMF al microchip

NOTA: Para el sistema de pinzas plasmónica, se utiliza un láser incidente de fibra óptica con una longitud de onda 1064 nm. El cable SMF se utiliza debido a que el diámetro de la INCIláser Dent (5 mm) es demasiado inmenso para emitir el haz de láser en el nanohole molido en el bloque de oro (400 x 150 m 2) en el microchip. El diámetro del revestimiento del cable SMF es de 125 m. De este modo, el láser incidente y el cable SMF deben estar acoplados.

  1. Conectar una lente objetivo de 40X para el objetivo del microscopio montaje en el acoplador SMF. Fijar el cable SMF en la abrazadera de la fibra del acoplador SMF. Alinear el haz láser incidente para llenar en la abertura posterior de la lente del objetivo.
  2. Enfocar el haz de láser para el núcleo del cable SMF mediante el ajuste de la etapa manual de tres eje equipado en el acoplador SMF.
  3. Inserte el extremo opuesto del cable de SMF en el orificio del cable SMF del microchip. Medir la potencia del láser antes de la inserción en el borde del cable de fibra, debido a que el cable de fibra fija en el microchip no se puede separar.
  4. Sellar el orificio del cable SMF utilizando pegamento epoxi para bloquear la fuga de la solución de partículas que fluye desde el hueco entre la cabina SMFagujero le (300 m) y el revestimiento del cable SMF (125 m); el extremo del cable de fibra insertado no debe entrar en el microcanal para evitar el flujo de fluido. alinear manualmente el cable de fibra mediante realimentación visual de modo que es perpendicular al bloque de oro que aloja el nanohole.

6. Partícula plasmónica Trapping de Individual fluorescente de poliestireno en el Microchip

  1. Coloque la jeringa, que se llena con la solución de las partículas, a una microbomba jeringa. Coloque la cubierta de vidrio en la etapa de la muestra del microscopio fluorescente. Conectar los tubos a los orificios de entrada / salida del microchip. Coloque la superficie microchip PDMS-revestidos en la parte superior de la cubierta de vidrio.
  2. Coloque el microchip ortogonal a la inmersión en agua lente objetivo 60X observando el interior del canal con la cámara instalada en el microscopio de fluorescencia. Use cinta adhesiva transparente para fijar el microchip en su lugar. Conectar el tubo de entrada del microchip con el ne jeringaedle.
  3. Insertar la solución de partículas para el microchip mediante el control de la microbomba a 20 m / s. En este momento, confirme que la partícula fluorescente se puede observar bien en el canal cuando la lámpara fluorescente está encendido.
  4. Esperar hasta que la solución de partículas sale de la salida del microchip. Ajuste la velocidad de 3,4 m / s.
  5. Gire el dispositivo de fuente de rayos láser para que emita el láser en el nanohole; la partícula fluorescente será atrapado en el borde de la nanohole.
  6. Rampa la velocidad del fluido en incrementos de 0,4 m / s mediante el control de la microbomba hasta que los escapes de partículas atrapadas. Medir la velocidad de fluido cuando las partículas atrapadas escapen. Obtener la fuerza de atrapamiento máxima para cada intensidad de láser utilizando esta velocidad de fluido medido.

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Representative Results

El proceso de fabricación del microcanal y oro nanohole placa de PDMS se muestra en las Figuras 1 y 2. El método para combinar las dos partes y el microchip real se muestra en la Figura 3. El PDMS se cortó para revelar el interior del canal desde el lado del microchip. Sin embargo, era difícil observar las partículas que fluyen en el canal debido a la rugosidad de la superficie del plano de corte. Por lo tanto, presentamos el método de recubrimiento PDMS para resolver este problema, como se muestra en la Figura 4.

Hemos observado 5-m, que fluye a partículas de poliestireno en el microchip para confirmar el efecto del recubrimiento PDMS. La Figura 5 muestra el microchip fabricado real y partículas observadas en el microchip usando el microscopio. Figura 5a y c son los antes y después de Aspectorencias del microchip. Figura 5b y d son las superficies ampliadas de cada uno. La figura 5e muestra partículas borrosas que fluye, mientras que la Figura 5F muestra que los bordes de las partículas son notablemente clara y que los movimientos se pueden monitorizar. Como arriba, el recubrimiento PDMS de la superficie microchip es esencial para la vigilancia de las partículas atrapadas.

La Figura 6 muestra la partícula de poliestireno de 100 nm de someterse captura óptica plasmónica por el sistema de pinzas plasmónica. Se utilizó un cable SMF con una apertura numérica 0,14 (NA). Un tubo se insertó en los orificios de entrada / salida del canal de microchip. Una microbomba se utilizó para insertar y recoger la solución de partículas de poliestireno fluorescentes 100-nm. Para enfatizar el aspecto interior de la partícula atrapada por el fenómeno plasmónica, las partes de puntos de la Figura 6a se han ampliado como una inserción,

La Figura 7 muestra imágenes consecutivas donde una partícula de poliestireno fluorescente 100-nm que fluía en el microcanal fue atrapado y liberados en el nanohole en la intensidad de 0,42 mW / m 2. Las partículas fluían a una velocidad constante de 3,4 m / s en la dirección de fluido, como se muestra en la Figura 7a. Después de que el láser se enciende, una de las partículas fue atrapado en la nanohole, como se muestra en la Figura 7b. Por el contrario, otra partícula fluyó en la corriente, como se muestra en la Figura 7c. Entonces, la velocidad de flujo se incrementó hasta que la partícula atrapada escapó. La figura 7d muestra la paArtículo escapar de la trampa. En este momento, se puede estimar la fuerza atrapando con la observación directa mediante la medición de la velocidad del fluido cuando la partícula se escapó. También se trabajó en la dirección opuesta. En lugar de aumentar la velocidad del fluido, se disminuyó gradualmente la potencia del láser en decrementos de 1 mW y registró la intensidad cuando la partícula se escapó. Esta intensidad del láser se define como la intensidad mínima de láser de captura y se midió que era 0,24 mW / m 2.

Figura 1
Figura 1. La fabricación del microcanal PDMS. (A) Preparación de la oblea de Si. (B) recubrimiento Fotorresina giro de la oblea. (C) fabricada molde microcanal por el proceso de fotolitografía. (D) la solidificación PDMS usando un horno después de verter la solución de PDMS en la oblea. (e) PDMS de corte microcanal. (F) PDMS microcanal desprendimiento de la oblea. (G) de entrada / salida y los orificios de cable SMF pinchados en el microcanal PDMS. (H) Actual solidificó PDMS en la oblea. (I) reales PDMS unifamiliares microcanal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. La fabricación de la nanohole en la placa de oro después del proceso de grabado. (A) deposición de Au y Ti en el cristal. Recubrimiento por centrifugación (b) Fotorresina de la placa de oro. (C) disuelto eliminación fotorresistente después de exposición a la luz UV. (D) Au grabado. De grabado (e) Ti. (F) restante fotorresistente re moval. (G) Nanohole fresado por un haz iónico concentrado en el bloque de oro. (H) Actual bloque de oro fabricada. (I) nanohole molido real en el bloque de oro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3. Proceso de montaje del microchip. (A) fijar el microcanal PDMS y placa de oro sobre el soporte de la máscara y la etapa de sustrato, respectivamente, equipado en el alineador. (B) Combinación de la parte microcanal PDMS y la placa de oro después de tratamiento de la superficie con plasma de O2. (C, d) microchip montado después de la combinación. (E) eliminación del exceso de cantidad del microcanal PDMS.ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg" target = '_ blank'> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4. Proceso de la superficie mejora la rugosidad por recubrimiento PDMS. (A) Eliminar el exceso de cantidad utilizando una hoja de afeitar después de combinar las dos partes. (B) la rugosidad de alta superficie del microchip después del corte. (C) PDMS solución de revestimiento por rotación en una placa de Petri. (D) inmersión de la superficie de la ventana del microchip en la solución de PDMS spin-revestido. (E) PDMS recubierto microchip desprendimiento de la placa de Petri. (F) Mejora de la rugosidad de la superficie mediante recubrimiento PDMS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.


Figura 5. Ensamblado microchip y la observación de partículas de poliestireno 5-m en la microcanal antes y después de recubrimiento PDMS. (A, b) Microchip antes del recubrimiento PDMS y la vista ampliada. (C, d) Microchip después del recubrimiento PDMS y la vista ampliada. (E, f) Observación de partículas en el microcanal antes y después de recubrimiento PDMS. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6
Figura 6. El sistema de pinzas plasmónica Diseñado. (A) Representación esquemática del sistema de pinzas plasmónica. (b Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7
Figura 7. El atrapar y liberar de una partícula de poliestireno fluorescente 100-nm en el microcanal. (A) El microcanal con una partícula que fluye en la corriente. (B, c) de partículas atrapado en la nanohole en comparación con otra partícula. (D) de partículas que se escapó de la trampa debido a la mayor fuerza del fluido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

El cable SMF se insertó en el orificio del cable SMF en el microchip, como se muestra en el punto rectangular de la figura 6a. Debido a que el orificio del cable SMF es más grande que el diámetro del cable, pegamento epoxi se utiliza para sellar la brecha para bloquear la fuga de la solución de partículas que fluye. Antes de la aplicación de cola epoxi, el bloque de oro y el borde cable deben ser alineados coaxialmente a mano usando un microscopio. Aunque es ideal para el borde cable insertado y la nanohole para ser alineado coaxialmente, una ligera falta de alineación puede ser tolerada ya que el haz de rayos láser diverge una vez que se emite desde el extremo del borde cable 0,14 NA SMF, y el haz afecta a una mucho mayor región. Debido a que el microchip se configura para que sea perpendicular al eje óptico del microscopio, no pudimos observar directamente la ubicación de la nanohole. La ubicación de la nanohole sólo puede determinarse indirectamente mediante la observación de la ubicación de la partícula plasmonically atrapado en el nanohole. UNsolución se puede proporcionar mediante la instalación de una cámara en el cable de fibra y utilizarlo para monitorear el bloque de oro.

La característica distintiva del microchip es su capacidad para controlar el movimiento de partículas cerca de la nanohole plasmónica en tiempo real. El movimiento de la partícula sigue el escenario se describe a continuación. Cuando el fluido fluye hacia adelante las partículas, algunas partículas se mueven hacia el bloque de oro. En algunos casos, una partícula se pone sobre todo cerca del borde de la nanohole debido a la atracción a la nanohole y, finalmente, queda inmovilizado. En este momento, la fuerza óptica ejercida sobre la partícula es superior a la fuerza del fluido. Posteriormente, la partícula inmovilizada se escapa de la llanta nanohole cuando la velocidad aumenta de fluido; por lo tanto, la fuerza del fluido se vuelve más fuerte que la fuerza óptica. La fuerza de captura máxima se puede medir de esta velocidad del fluido terminal. Sin embargo, la ecuación convencional fuerza de arrastre no se puede utilizar debido a que la partícula está en contacto físico con el gla pared de edad en el nanohole. Para considerar el efecto de superficie de la pared de oro, se utilizó el método de elementos finitos, que considera el movimiento del fluido cerca de la superficie, y se obtuvo la fuerza del fluido.

Hemos introducido una nueva configuración de pinzas plasmónica que permite la supervisión de la dinámica de partículas a lo largo del eje del haz láser. En contraste, los estudios anteriores sólo han introducido movimiento de las partículas en el plano perpendicular al eje del haz láser, como con el nanoblock 12, nanodisk 13, 14, 19, 21, nanoStick 20, y nanopyramid 18. Además, en el caso de los tipos nanohole, atrapamiento sólo puede ser visto por el control de la señal de dispersión, y no por el control visual 10, 11, 23. Sin embargo,No hemos podido medir con precisión la posición de la partícula debido a las capacidades limitadas de técnicas de imagen actuales. La calidad de imagen debe ser mejorado aún más para confirmar las medidas exactas de dislocación. Esta técnica se puede aplicar en la caracterización y los biosensores de una sola molécula.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por el programa D de MSIP / IITP (R0190-15-2040, Desarrollo de un sistema de gestión de la configuración y el contenido de un simulador para la impresión en 3D usando materiales inteligentes) la I +.

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

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References

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Plasmónica la captura y liberación de nanopartículas en un entorno de monitorización
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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).

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