Waiting
Login processing...

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

Engineering

Плазмонная Ловушка и Высвобождение Наночастицы в мониторингу окружающей среды

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

Процесс изготовления микрочип, который включает в себя плазмонный пинцет здесь представлен. Микрочип позволяет визуализацию в запертой частицы для измерения максимальных отлова сил.

Abstract

Плазмонный пинцет использовать поверхностные плазмонные поляритоны ограничиться поляризуемыми наноразмерные объектами. Среди различных конструкций плазмонов пинцета, только немногие из них может наблюдать иммобилизованные частицы. Кроме того, ограниченное число исследований было экспериментально измерено exertable силы на частицах. Проекты могут быть классифицированы как выступающем типа nanodisk или подавленного типа нанодырки. Для последнего, микроскопическое наблюдение является чрезвычайно сложной задачей. В данной работе, новая система плазмонного пинцета вводят для контроля частиц, как в направлениях, параллельных и ортогональных к симметричной оси плазмонной структуры наноотверстия. Эта функция позволяет наблюдать движение каждой частицы вблизи обода нанодырки. Кроме того, мы можем количественно оценить максимальные силы отлова, используя новый жидкостный канал.

Introduction

Способность манипулировать Микромасштабные объекты является обязательным атрибутом для многих экспериментов микро / нано. Прямые контакты манипуляция может повредить манипулируют объекты. При отпускании ранее проведенных объектов также сложным из-за проблем прилипание. Для того, чтобы преодолеть эти проблемы, некоторые косвенные методы , использующие струйного 1, 2 электрические, магнитные 3 или фотонные силы 4, 5, 6, 7, были предложены 8. Плазмонный пинцет , которые используют фотонные силы основаны на физике чрезвычайного усиления поля на несколько порядков больших , чем интенсивность падающего 9. Это чрезвычайно сильное усиление поля позволяет захватывание чрезвычайно малых наночастиц. Например, было показано иммобилизации и манипулировать наноразмерныхобъекты, такие как полистироловые частицы 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 полимерных цепи, белки 16, квантовые точки 17, и молекулы ДНК 8, 18. Без плазмонов пинцета, трудно наночастицы ловушки, потому что они быстро исчезают прежде, чем они фактически рассмотрены или потому, что они повреждены из-за высокую интенсивность лазерного пучка.

Многие плазмонных исследования использовали различные наноразмерные золотые структуры. Мы можем классифицировать золотые структуры, выступающие типы nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 20, 21 или подавленные типы наноотверстия 7, 8, 10, 11, 22, 23. С точки зрения удобства визуализации, типы nanodisk являются более подходящими, чем типы нанодырки потому, что для последнего, золотые подложки могут заслонять вид наблюдения. Кроме того, плазмонное захват происходит вблизи плазмонного структуры и делает наблюдение еще более сложной задачей. Насколько нам известно, плазмонное отлов по типам нанодырки было проверено только с помощью косвенных сигналов рассеяния. Однако никакие успешные прямые наблюдения, такие как микроскопические изображения, не поступали. Несколько исследований описали положение запертых частиц. Одним из таких результатов была представлена Ван и соавт. Они создали золотой столб на золотой подложке и наблюдается рДвижение статьи с помощью флуоресцентного микроскопа 24. Тем не менее, это эффективно только для контроля боковых движений не в направлении, параллельном оси пучка.

В этой статье мы вводим новые жидкостных процедуры проектирования микросхем и изготовления. С помощью этого чипа, мы демонстрируем мониторинг plasmonically запертых частиц, и в направлениях, параллельных и перпендикулярных плазмонные наноструктуры. Кроме того, мы измерить максимальную силу иммобилизованным частицы за счет увеличения скорости жидкости, чтобы найти скорость опрокидывания в микрочипе. Это исследование является уникальным, поскольку большинство исследований по плазмонам пинцета не могут количественно показать максимальный отлов силы, используемую в их экспериментальных установках.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Внимание: Пожалуйста, обратитесь ко всем соответствующим правилам безопасности материала перед использованием. Некоторые из химических веществ, используемых при изготовлении микрочип остро токсичные и канцерогенные. Пожалуйста, используйте все необходимые правила безопасности при выполнении процессов фотолитографии и травления, в том числе с использованием технических средств контроля (вытяжной шкаф, плита, и выравниватель) и средствами индивидуальной защиты (защитные очки, перчатки, плащи, полнометражными брюки и закрытыми -toe обувь).

1. Изготовление Микроканал PDMS

  1. Изготовление микроканальной пресс-формы в процессе литографического печатной формы
    1. Полное удаление посторонних веществ на 4-дюймовой Si вафельной поверхности с очисткой пираньи (рис 1а). Смешайте серную кислоту (H 2 SO 4) и пероксид водорода (H 2 O 2) в соотношении 3: 1 , чтобы сделать раствор пиранья в чашке. Смешайте путем постепенного добавления небольших количеств сильной кислоты (H 2 O 2 SO 4); реверсивный этот порядок может привести к взрыву из-за высокой реакционной способностью сильной кислоты.
    2. Погрузить пластины в пираньи растворе в течение 10 мин. Затем погружают пластины в деионизированной (DI) водой в течение 3 мин, чтобы удалить остатки раствора пиранья. Промыть пластины с проточной водой DI в течение 10 с. Повторите процедуру ополаскивания 3 раза и сухой с N 2 газа для удаления оставшейся DI.
    3. Поместите пластину на горячей плите в течение 20 мин при 180 ° C, чтобы дополнительно обезвоживают пластины.
    4. Налейте 5 мл негативного фоторезиста на верхней части пластин и спинового покрытия в течение 45 сек при 1500 оборотах в минуту (рис 1b); после того, как нанесение покрытия центрифугирования, фоторезист шарик создаются на вафельной кромку из-за относительно высокой вязкости фоторезиста.
    5. Баланс фоторезиста покрытием пластин путем планаризацией на стенде выравнивания в течение 5 часов.
    6. Поместите фоторезиста покрытием пластин на горячей плите в течение 12 мин при 65° С, 35 мин при 95 ° С и 12 мин при 65 ° C (мягкой выпечки).
    7. Закрепить маску пленки на держателе маски и мягкой выпечки пластины на стадии подложки выравнивателя. Подвергать воздействию ультрафиолетового (УФ) света в течение 43 сек при 650 мДж / см 2 для отверждения фоторезиста.
    8. Поместите пластину на горячей плите в течение 5 мин при 65 ° С, 15 мин при 95 ° С и 5 минут при 65 ° С (после контакта выпечки).
    9. Погрузить пластины в проявителе фоторезиста в течение 30 мин для удаления неотвердевшую фоторезиста.
    10. Промыть пластины с изопропиловым спиртом (IPA) и сухой с N 2 газа для удаления оставшейся IPA.
  2. Производство микроканальных PDMS
    1. Обрабатывают поверхность пластины и фоторезиста пресс - формы в течение 1 мин при мощности 200 Вт с использованием плазменной машины 25 атмосферного; газовые потоки CH 4 и Он должен быть 6 и 30 SCCM, соответственно. Выполните эту гидрофобную обработку легко разъединению polydimethylsiloxane (ПДМС) микроканальный от поверхности пластины и фоторезиста пресса - формы (фиг.1с).
    2. Приготовьте раствор PDMS путем смешивания основы PDMS и отвердителя в соотношении 10: 1. Смесь перемешивают в течение 2 мин.
    3. Поместите пластину внутри чашки Петри (150 мм х 15 мм) и добавляют 100 мл раствора PDMS. Удалите пузырьки, которые были созданы с перемешиванием, используя эксикатор.
    4. Поместите чашку Петри в сушильном шкафу в течение 2 ч при 80 ° C для затвердевания раствора PDMS (рис 1d и Н).
    5. Вырезать вдоль контуров микроканала PDMS с бритвенным лезвием и отсоединить ее от пластины; Изготовленный PDMS микроканальные должны иметь следующие размеры: длинные 13 мм, ширина 300 мкм и 150 мкм с высокими (рис 1e, е, и я).
      Примечание: Два типа отверстий производится с помощью micropuncture для вставки одномодового волокна (SMF) кабель и трубы (на входей выход) на ПДМС микроканального (рис 1 г). Кабель SMF используется для излучения лазерного луча к наноотверстию размолотого на золотой пластине. Трубка используется для вставки / извлечения раствора частиц в / из микроканала PDMS.
    6. Прокол входное отверстие 1,5 мм и выпускных отверстий на каждом конце микроканала PDMS. Прокол на 0,3 мм SMF кабеля отверстие в центре микроканалов PDMS.

2. Травление Процесс Золотых плит

  1. Подготовьте имеющийся в продаже золотую пластину с размерами 25 х 6,25 мм 2 (рис 2а).
  2. Удалите все посторонние вещества на золотой пластине со следующими процедурами очистки. Чистота в следующем порядке путем погружения в ацетон, метанол, и деионизированной воды в течение 5 минут каждый.
  3. Промыть пластину золота 3 раза дистиллированной воды в течение 10 с и сушат пластину с N 2 газом для удаления оставшейся воды DI.
  4. Поместите золотую пластину на горячую плиту для20 мин при 180 ° С, чтобы полностью удалить остатки влаги.
  5. Налейте 0,5 мл гексаметилдисилазана (HMDS) на золотой пластине и спинового покрытия в течение 40 сек при 3000 оборотах в минуту.
  6. Налейте 0,5 мл позитивного фоторезиста на верхней части HMDS спин-спинового покрытием и покрытием в течение 40 сек при 3000 оборотах в минуту (рис 2b).
  7. Поместите фоторезиста покрытием золотую пластину на горячей плите в течение 90 с при 110 ° C (мягкой выпечки).
  8. Закрепить маску пленки на стеклянной пластине и поместите мягкую запеченный золотую пластину на стадии подложки. Защиту УФ - светом в течение 4,5 с при 64 мДж / см 2 для растворения фоторезиста.
  9. Погружают золотую пластину в проявителе фоторезиста в течение 1 мин для удаления растворенного фоторезиста (рис 2С). Ополосните золотую пластину с деионизированной водой и сухой с N 2 газа.
  10. Погружает золотую пластину в травителе Au в течение 45 сек при скорости травления от 28 Å / с , чтобы удалить открытую Au (рис 2d). Промыть золотую пластину с DI водоснаг и сухой с N 2 газа.
  11. Погружает золотую пластину в травителе Ti в течение 5 с при скорости травления 25 A / S , чтобы удалить открытую Ti (рис 2E). Ополосните золотую пластину с деионизированной водой и сухой с N 2 газа.
  12. Удалите остатки фоторезиста на пластине золота путем погружения его в ацетоне, метаноле, и деионизированной водой в течение 3 мин каждый (рис 2F); погрузить пластину в письменном порядке.
  13. Промыть пластину золота 3 раза дистиллированной воды в течение 10 с. Сухой с N 2 газа для удаления воды DI.
  14. Поместите золотую пластину на горячей плите в течение 3 мин при 120 ° С, чтобы полностью удалить влагу; полученный золотой блок должен быть 400 × 150 мкм 2 (рис 2H).
  15. Мельница 400-нм наноотверстие с помощью сфокусированного ионного пучка (FIB) в центре золотого блока , который был изготовлен после травления (рис 2g и I). Создание 370-нм рисунок круга, чтобы сосредоточиться на золотом блOck с ионом ускоряющим напряжением 30 кВ при 28 Па в течение 3 сек.

3. Сборка Microchip

  1. Обработать две поверхности микроканала PDMS и золотой пластине в течение 1 мин с O 2 плазмы , чтобы присоединить их вместе с системой плазменной при мощности 80 Вт и давлении 825 мТорр 25.
    Примечание: Это особенно трудно прикрепить их с точностью, потому что золотой блок и PDMS Микроканал находится на уровне микрометров. Таким образом, использовать выравниватель с камерой и ручной стадией.
  2. Закрепить пластину стекла, которое используется , чтобы прикрепить маску пленки к держателю маски на выравниватель (рис 3а).
  3. Закрепить O 2 -Плазменных обработанные PDMS микроканала к стеклянной подложке; потому что PDMS является гидрофильным, она будет легко прикрепить к стеклянной пластине без какого-либо раствора адгезии. Закрепить золотую пластину на стадии подложки выравнивателя (рис 3а).
  4. Найдите центры яе SMF отверстие для кабеля и золотой блок, которые выровнены по одной оси, с помощью камеры на выравнивателе. Лифт ручной этап , чтобы объединить две части (рис 3b и с).

4. Улучшение Микрочип боковой поверхности Шероховатость по PDMS покрытием

Примечание: золотая пластина с фиксированными размерами 400 х 150 мкм 2 является относительно более трудно вырезать , чем материал PDMS. Поэтому, чтобы отделить микроканал PDMS от пластины, лезвие бритвы используются, чтобы вырезать большую часть, чем золотая пластина. После объединения двух частей, избыточные части PDMS по отношению к золотой пластине , то должны быть обрезаны так, чтобы внутри канала можно наблюдать со стороны с помощью микроскопа (рис 4а). Тем не менее, поверхность среза, которая используется в качестве окна, имеет высокую шероховатость поверхности и , следовательно , производит мутные образы частиц , которые текут в канале (рис4b). Покрытие с раствором PDMS выполняется снова, чтобы решить эту проблему.

  1. Приготовьте раствор PDMS путем смешивания основы PDMS и отвердителя в соотношении 10: 1 и перемешивают в течение 2 мин.
  2. Налейте 2 мл раствора PDMS в чашку Петри и выполнения покрытия центрифугированием в течение 30 с при 1000 оборотов в минуту (фиг.4С).
  3. Поместите поверхность микрочип , который будет расположен на микроскоп на чашку Петри (рис 4г). Поместите чашку Петри в печи в течение 1 ч при 80 ° C для затвердевания раствора PDMS.
  4. Вырезать границу микрочип и PDMS с помощью лезвия бритвы , а затем отсоединить его от чашки Петри (рис ого, е).

5. Лазерная муфта для вставки в SMF кабель к Microchip

Примечание: Для плазмонного системы пинцет, оптическое волокно, падающий лазер с 1064 нм длиной волны используется. Кабель SMF используется, поскольку диаметр INCIвмятина лазер (5 мм) слишком огромен , чтобы излучать лазерный луч на наноотверстиях размолотых на золотом блоке (400 х 150 мкм 2) в микрочипе. Диаметр оболочки кабеля SMF составляет 125 мкм. Таким образом, падающие лазерные и SMF-кабель должны быть присоединены.

  1. Подключите 40й объектива для объектива микроскопа установить на ответвителе SMF. Закрепить кабель SMF волокна на зажиме соединителя SMF. Совместите падающий лазерный луч, чтобы заполнить заднюю апертуру объектива.
  2. Фокусировка лазерного луча на основе кабеля SMF, регулируя ручной этап трехосный оборудованный на ответвитель SMF.
  3. Вставьте противоположный конец кабеля SMF в кабельном отверстие SMF микрочип. Измерьте мощность лазера до установки на крае волоконно-оптический кабель, так как фиксированный кабель волокна на микрочипе не может быть отделен.
  4. Уплотнение кабеля отверстия SMF с помощью эпоксидного клея, чтобы блокировать утечку раствора протекающих частиц из зазора между кабиной SMFль отверстие (300 мкм) и оболочка кабеля SMF (125 мкм); конец вставленного волоконно-оптический кабель, не следует входить в микроканал, чтобы избежать потока текучей среды. Вручную выровнять оптоволоконный кабель, используя визуальную обратную связь, так что она перпендикулярна к золотому блоку, на котором размещены наноотверстие.

6. Плазмонной Ловушки одиночных частиц Флуоресцентного Полистирола в Microchip

  1. Присоединить шприц, который заполнен раствором частиц, в шприце микронасос. Поместите покровное стекло на стадии образца флуоресцентного микроскопа. Подключение трубки к впускному / выпускным отверстиям микрочип. Поместите PDMS-покрытием микрочип поверхность на верхней части покровного стекла.
  2. Поместите микрочип ортогонален 60X погружение в воде объектив путем наблюдения внутри канала с камерой, установленной на флуоресцентном микроскопе. Используйте прозрачную ленту, чтобы зафиксировать микрочип на месте. Подсоедините впускную трубку микрочип с шприцем пEdle.
  3. Вставьте раствор частиц в микрочипе, контролируя микронасос на 20 мкм / с. В этот момент, подтверждают, что флуоресцентные частицы могут наблюдаться также в канале, когда люминесцентная лампа включена.
  4. Подождите, пока раствор частицы не выходит из выпускного отверстия микрочип. Установка скорости до 3,4 мкм / с.
  5. Включите устройство лазерного источника, так что он испускает лазер в наноотверстие; флуоресцентная частица будет в ловушке на краю наноотверстия.
  6. Рампа скорости жидкости с шагом 0,4 мкм / с, контролируя микронасос до запертых частиц побегов. Измерить скорость жидкости, когда запертые частицы избежать. Получить максимальную улавливать силу для каждой интенсивности лазерного излучения с использованием этой измеренной скорости жидкости.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Процесс изготовления микроканала и наноотверстие золотой пластины PDMS показан на рисунках 1 и 2. Метод , чтобы объединить две части и фактической микрочип показан на рисунке 3. ПДМС разрезал, чтобы показать внутреннюю часть канала со стороны микрочип. Тем не менее, это было трудно наблюдать частицы, протекающие в канале из-за шероховатости поверхности режущей плоскости. Таким образом, мы ввели метод ПДМС покрытия , чтобы решить эту проблему, как показано на рисунке 4.

Мы наблюдали 5 мкм, протекающие полистирольные частицы в микрочипе, чтобы подтвердить эффект покрытия PDMS. На рисунке 5 показан фактический изготовленный микрочип и частиц , наблюдаемых в микрочипе с помощью микроскопа. На рисунке 5а и с являются до и после того, как appearaNCES микрочипа. Рисунок 5b и d являются увеличенными поверхностями каждого. Рисунок 5e показывает размытые частицы , текущие, тогда как рис 5f показывает , что края частиц заметно ясно , и что движения можно контролировать. Как указано выше, ПДМС покрытие поверхности микрочип имеет важное значение для мониторинга захваченных частиц.

На рисунке 6 показана 100-нм полистирол частица претерпевает Плазмонный оптический захват плазмонной системы пинцета. был использован SMF-кабель с числовой апертурой 0,14 (NA). Трубка была вставлена ​​на впускных / выпускных отверстий канала микрочипа. Микронасос был использован для вставки и собирать 100 нм раствора частиц флуоресцентного полистирола. Чтобы подчеркнуть внутренние внешний вид запертую частицы по плазмонному явлению, пунктирные части фиг.6ы были увеличены в качестве вставки,

На рисунке 7 показаны последовательные изображения , где была зажаты и выпущены на наноотверстиях при интенсивности 0,42 мВт / мкм 2 100-нм флуоресцентных полистирола частицы , которая текла в микроканале. Частицы протекала с постоянной скоростью 3,4 мкм / с в направлении текучей среды, как показано на рисунке 7а. После того , как лазер был включен, одна из частиц в ловушке на наноотверстия, как показано на рисунке 7b. Напротив, другая частица текла в поток, как показано на рисунке 7c. Затем скорость потока была увеличена до запертых частиц не ускользало. Рисунок 7d показывает раСтатья вытекающая из ловушки. На данный момент мы можем оценить улавливающую силу с непосредственным наблюдением путем измерения скорости жидкости, когда спаслась частица. Мы также работали в противоположном направлении. Вместо увеличения скорости жидкости, мы постепенно уменьшаемся мощность лазера в декрементах 1 мВт и регистрируются интенсивность, когда частица избежала. Эта интенсивность лазера определяется как минимальная интенсивность лазерного захвата и была измерена , чтобы быть 0,24 мВт / мкм 2.

Рисунок 1
Рисунок 1. Изготовление микроканала PDMS. (А) Получение Si пластины. (Б) фоторезиста спина покрытие из пластины. (С) Изготовленный микроканальной формы посредством процесса фотолитографии. (Д) затвердевание PDMS с использованием печи после заливки раствора PDMS на пластине. (е) PDMS микроканальной резки. (Е) ПДМС микроканального отрыв от пластины. (Г) на вход / выход и отверстие для кабелей SMF проколоты на микроканале PDMS. (Ч) Фактическая затвердевает PDMS на кремниевой пластине. (Я) Фактические отдельные PDMS микроканальные. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2. Изготовление из наноотверстия на золотой пластине после процесса травления. (А) Осаждение Au и Ti на стекле. (Б) фоторезист спин покрытие из золотой пластины. (С) Растворенным удалением фоторезиста после воздействия УФ - света. (Г) Аи травления. (Е) Ti травления. (Е) Оставшееся фоторезиста повторно MOVAL. (Г) наноотверстия фрезерно сфокусированным ионным пучком на золотом блоке. (Ч) Фактическая изготовлен золотой блок. (Я) Фактические размалывают наноотверстия на золотом блоке. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. Процесс Монтаж микрочипа. (А) Закрепить PDMS микроканал и золотую пластину на держателе маски и подложку стадии, соответственно, оборудовано на выравнивателе. (Б) Сочетание микроканальной части PDMS и золотая пластина после обработки поверхности с плазмой O 2. (В, г) в собранном виде микрочипа после объединения. (Е) удаление избыточного количества микроканала PDMS.ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg»целевых =„_blank“> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Процесс поверхностного улучшения шероховатости с помощью PDMS покрытия. (А) Удалить избыточное количество с помощью лезвия бритвы после объединения двух частей. (Б) Высокая шероховатость поверхности микрочипа после резки. (С) ПДМС раствор покрытие центрифугирования в чашке Петри. (Г) Погружение поверхности окна микрочип в спине-покрытии раствора PDMS. (Е) ПДМС покрытия Микрочип отрыв от чашки Петри. (Е) повышение шероховатости поверхности с помощью PDMS покрытия. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.


Рисунок 5. Собранный микрочип и наблюдение частиц полистирола 5 мкм в микроканале до и после PDMS покрытия. (А, б) , прежде чем Микрочип PDMS покрытия и увеличенное изображение. (В, г) Микрочип после того, как PDMS покрытия и увеличенное изображение. (Д, е) наблюдение частиц в микроканале до и после PDMS покрытия. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рисунок 6. Разработанной Плазмонной системы пинцета. (А) Схема плазмонной системы пинцета. (б Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7. Захват и освобождение 100 нм флуоресцентные полистирола частицы в микроканале. (А) Микроканал с частицей , протекающей в поток. (Б, в) Trapped частиц в наноотверстия по сравнению с другой частицей. (Г) частицы , которые избежали из ловушки из - за увеличенную силу жидкости. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Кабель SMF был вставлен в отверстие кабельного SMF на микрочипе, как показано в прямоугольной точки на рисунке 6а. Так как отверстие для кабеля SMF больше, чем диаметр кабеля, эпоксидный клей был использован для герметизации зазора, чтобы блокировать утечку раствора протекающих частиц. Перед нанесением эпоксидного клея, золото блок и кабель край должен быть соосен вручную с помощью микроскопа. Несмотря на то, что идеально подходят для вставленного кабеля края и наноотверстия быть соосно, небольшое смещение может быть терпимо, так как лазерный луч расходится, когда он излучается из конца 0,14 NA SMF кабеля края, и луч воздействует гораздо больше область. Поскольку микрочип был настроен перпендикулярно к оптической оси микроскопа, мы не могли непосредственно наблюдать расположение наноотверстия. Расположение наноотверстия может быть косвенно определенно только путем наблюдения расположения plasmonically запертой частицы в наноотверстии.Решение может быть обеспечено путем установки камеры на волоконно-оптическом кабеле и использовать его для контроля за золотой блок.

Отличительная особенность микрочип является его способностью контролировать движение частиц вблизи плазмонной нанодырки в режиме реального времени. Движение частицы по сценарию, описанный ниже. Когда жидкость потоки частиц вперед, некоторые частицы движутся по направлению к блоку золота. В некоторых случаях, частица приобретает прежде всего близко к краю наноотверстия за счет привлечения к наноотверстия и в конечном итоге становится иммобилизованным. В этот момент, оптическая сила, действующая на частицу превышает силу жидкости. Затем иммобилизованная частица выходит из наноотверстия обода, когда жидкость скорости возрастает; Таким образом, сила жидкости становится сильнее, чем оптическая сила. Максимальное улавливание сила может быть измерена с этой конечной скорости жидкости. Тем не менее, обычное уравнение сила сопротивления не может быть использовано, поскольку частица находится в физическом контакте с гстарые стены на нанодырки. Для того, чтобы рассмотреть поверхностный эффект золотой стены, мы использовали метод конечных элементов, который рассматривает движение жидкости вблизи поверхности, и получили силу жидкости.

Мы ввели новую плазмонную установку пинцета, который позволяет контролировать динамику частиц вдоль оси лазерного луча. В отличие от предыдущих исследований только ввел движение частиц в плоскости , перпендикулярной к оси пучка лазера, например, с nanoblock 12, nanodisk 13, 14, 19, 21, 20, nanostick и nanopyramid 18. Кроме того, в случае типов наноотверстия, улавливание можно наблюдать только путем мониторинга сигнала рассеяния, а не путем визуального контроля 10, 11, 23. Однако,мы не можем точно измерить положение частицы из-за ограниченных возможностей современных методов визуализации. Качество изображения должно быть дополнительно улучшено, чтобы подтвердить точные измерения дислокаций. Этот метод может быть применен в характеристике и биоинформации одной молекулы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана R & D ИКТ программы MSIP / ИППИ (R0190-15-2040, Разработка системы управления конфигурацией и содержание тренажера для 3D-печати с использованием смарт-материалов).

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

Машиностроение выпуск 122 Плазмоника плазмонный пинцет оптические ловушки оптические силы микрофлюидики наноотверстие иммобилизация наночастиц
Плазмонная Ловушка и Высвобождение Наночастицы в мониторингу окружающей среды
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