Gelişmiş mikro ve Nanopartikül Manipülasyon Plasmonic ve Fotonik Kristal Nanoyapıların Kullanımı

Bu prosedürün genel amacı, mikron boyutundaki biyolojik nesneleri plazmonik ve fotonik kristal cımbızla yakalamaktır. Bu, önce plazmonik substratın veya fotonik kristal substratın imal edilmesiyle gerçekleştirilir. Daha sonra, biyolojik numune, hücre çözeltisine BSA eklenerek ve üst kapak kaymasının altında hücre çözeltisi için yeterli boşluk sağlanarak hazırlanır.

Daha sonra lazer, doğru filtre şeması ile donatılmış olan mikroskoba hizalanır. Mikroskop şimdi numuneye odaklanır ve yakalama gerçekleştirilir. Son olarak, mikro veya nano boyutlu parçacıklar, plazmonik veya fotonik kristal nano yapıların yardımıyla azaltılmış olay yoğunluğu ile yakalanabilir.

Bu tekniğin geleneksel optik cımbız gibi mevcut yöntemlere göre ana avantajı, optik alanların plazmonik ve fotonik kristal nano yapılar yoluyla dönüştürülmesinin, hücreler gibi küçük parçacıkları yakalamak için gereken yoğunluğu azaltması ve ayrıca sıkı bir şekilde odaklanmış bir ışın gerektirmemesidir, bu da radyasyona maruz kalmaktan kaynaklanan hücre foto hasarı riskini azaltır. Bu yöntem, hücreden hücreye etkileşim ve biyolojideki çeşitli kuvvetlerin incelenmesi gibi birçok biyolojik alandaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Ayrıca, mikro ve nanopartiküllerin hassas manipülasyonunu sağlayarak mikro ve nanoteknolojide imalat için yararlı bir araç olabilir: Bir e-ışını e-ışını evaporatörü ve yapışma tabakası olarak krom kullanarak bir altın nanopartikül dizisi oluşturmak için, bir cam kapak üzerinde altın buharlaşır, 20 nanometre kalınlığa kadar kayar.

Yüzeydeki organik kirleri gidermek için numuneyi oksijen plazması kullanarak yaklaşık bir dakika temizleyin. Polistiren tek tabakayı kendi kendine monte etmeye teşvik ettikten sonra, sıvıyı numunenin üzerine damlatın, dökün, yaklaşık bir saat inkübe edin, ardından adsorbe edilmeyen küreleri havayla kurutmak için büyük miktarda su kullanın. Tek tabaka nihayet lateks küre üzerine ikinci bir 20 nanometre altın tabakasını buharlaştırır, tek tabaka rastgele bir altın nanoparçacık dizisi oluşturur.

Nanopartikül dizisi artık biyolojik numune için hazırdır. Hazırlanan nanoparçacık slaytını bir floresan mikroskobu tablasına yerleştirin. Bir sonraki adım, fare hücresi çekirdeklerini optik yakalama için hazırlamaktır.

Çekirdeğin alt tabakaya yapışmasını önlemek için aine turuncu ile etiketlenmiş fare hücre çekirdekleri ile başlayın. Hücre çekirdeklerini küçük bir şişeye yerleştirin ve girdaplama ile karıştırılmış bir ila 10 BSA konsantrasyonunda PBS'ye% 10 BSA ekleyin. Daha sonra hazırlanan slaytın üzerine beş mikrolitre çekirdek BSA çözeltisi pipetleyin.

Çekirdekler ve bir örtü fişi arasında boşluk sağlamak için, damlacığın etrafına iki ara örtü fişinden oluşan bir yığın yerleştirin ve ardından üstüne başka bir örtü fişi yerleştirin. Yakalama ve eşzamanlı görüntüleme için, baypas edilmiş bir uyarma filtresi ve iki özel dikroik ışın ayırıcı dahil olmak üzere özelleştirilmiş bir floresan mikroskobu konfigürasyonu kullanın. Optik cımbız, 35 nanometre lazer radyasyonunun numuneye ulaşmasına izin verecek şekilde modifiye edilmiş bir GFP 17 filtre seti ile donatılmış bir zes axio görüntüleyici D one M mikroskobu aracılığıyla 633 miliwatt'lık bir helyum neon lazer gönderilerek yapılır.

Mikroskop, lazer ışınını numune üzerine odaklayacak ve daha sonra ışın, plazmonik nanoparçacık substratı veya kırınım derecelendirmesi ile kırılacaktır. Çapı yaklaşık beş mikron olan hücre çekirdeklerini görüntülemek için Neola 50 x objektifli bir Zeiss LDEC epi planı kullanın. Numuneyi objektife yerleştirerek ve substratın yüzeyinde otururken en fazla çekirdeğe sahip düzleme odaklanarak başlayın.

Daha sonra, mikroskobu, yüzeydeki hücre katmanlarının üzerinde serbest yüzen hücre çekirdeklerini bularak yakalamak için bir çekirdeğe odaklayın. Ardından lazer tuzağı noktasını parçacığın üzerine yerleştirin. Bu noktada tuzağa düşürülmeli ve sahne hareket ettirildiğinde bile lazer noktasındaki konumunu korumalıdır.

Mikroskobun odak düzleminde bulunan fare çekirdekleri, muhtemelen numune ısınması ve buharlaşmasının neden olduğu hafif bir mikroakışkan akımla sürüklenecektir, ancak tuzaktaki çekirdekler bir konumda kalacaktır. Bu şekil, her biri yaklaşık 450 nanometre çapa sahip, kendiliğinden monte edilmiş altın nanoparçacıkların bir taramalı elektron mikrografını göstermektedir. Burada, nanopartikül dağılımının seyrek olduğu ve yakın alan radyasyonunu gösteren plazmonik substratın yakın alan taramalı optik mikroskopi görüntüsü verilmiştir.

Uyarma lazerinin dalga boyu 633 nanometredir, burada 624 nanometrede zirveyi gösteren plazmonik substratın bir saçılma verimliliği spektrumu gösterilmektedir. Plazmonik substratın bir absorpsiyon verimliliği spektrumu, 668 nanometrede zirveyi gösterir. Altın nanoküreler, birer birer karelik bir 2B alana rastgele dağıtılmıştır.

Mikrometreler burada gösterilmiştir. Her mavi daire nanosferin merkezini temsil eder. Bu panellerde, rastgele nanosfer dizisine paralel olan gözlem düzlemleri üzerindeki saçılma alanı dağılımları gösterilmiştir.

Bu grafikler, çevredeki sıvının akış hızının bir fonksiyonu olarak tuzağı korumak için minimum lazer yoğunluklarını gösterir. Plazmonik yakalama kullanılarak, tüm optik yoğunluklar mikroskop objektifi altında numune düzleminde ölçülür. Her panel, farklı çaplara sahip tek polistiren boncuklar için ölçüm sonuçlarını gösterir.

İç kısımlar, parçacıkların karşılık gelen mikroskobik görüntülerini gösterir. Tüm görüntülerdeki ölçek çubukları beş mikrometre uzunluğunu temsil eder. Burada çizilen, önceki grafiklerde orijin boyunca takılan çizginin eğimine karşı parçacık boyutudur.

Plazmonik yakalama için. Hata çubukları, doğrusal uyumların standart sapmalarını gösterir. Sonuçlar, daha büyük parçacıkların yeterli yakalama stabilitesini korumak için daha fazla lazer yoğunluğu gerektirdiğini göstermektedir.

Bu şema, 1D periyodik nanoyapıları kullanan gelişmiş optik yakalamayı göstermektedir. Gelen ışın, uzak alandaki periyodik nanoyapı tarafından bozulur. Burada gösterilen, bir alüminyum derecelendirmenin yüzeyinde iki ortogonal polarizasyon ile ışığın yoğunluk dağılımıdır.

Sonlu fark zaman alanı simülasyonları kullanılarak elde edilen 417 nanometrelik bir periyot ile dağılım, düz bir alüminyum yüzey üzerindeki yoğunluğa normalize edilir. Bu şekiller, parçacığın konumuna karşı derecelendirme yüzeyinin doğrudan üzerindeki parçacıklar için yakalama potansiyelini göstermektedir. CA 350 nanometre polistiren boncuk ve DA bir mikrometre polistiren boncuk için beyaz daireler parçacıkların boyutlarını gösterir.

İç kısımlar, düz bir alüminyum yüzeyin üzerindeki yakalama potansiyelini gösterir. Karşılaştırmalarla aynı parçacık boyutu için. Değerler her parçacık boyutu için normalleştirilir.

Tüm FDTD simülasyon figürleri için görüş alanı 10 x sekiz mikrometre karedir. Burada, ışın polarizasyonu derecelendirme çizgilerine dik olan çeşitli boyutlardaki polistiren boncuklar için ölçülen tuzak verimliliği ve minimum yakalama yoğunluğu yer almaktadır. İç kısım, 3,87 mikrometre, polistiren boncuk, dikey ve derecelendirme kurallarına paralel olarak çevirmek için yakalama verimliliğinde tuzak asimetrisini gösterir.

İşte parçacığın öteleme açısının şematik bir temsili. Bu ek, farklı polarizasyonlar ve parçacık boyutları için geliştirmeye karşı çeviri yönünü gösterir. Düz çizgi büyük asimetrisi, derecelendirmeye ve çizgi çizgisine dik polarize gelen ışık ile elde edilir.

Derecelendirmeye paralel polarize gelen ışık ile küçük asimetri elde edilir. Bu paneller, floresan 590 nanometre polistiren boncuğun bir yakalama gösterisini temsil eder. Kırmızı daire, lazer ışığı ilk başta görülemeyecek kadar loş olduğu için lazer noktasının konumunu gösterir.

Parçacık, daha yüksek güçte nokta içinde hapsolur. Güç düşürüldükçe, parçacığın kahverengi hareketi, yakalama kuvvetinin üstesinden gelerek parçacığın kaçmasına izin verir. Burada, bir floresan yumurtalık kanseri hücre çekirdeği hapsedildi, yakalamayı başlatmak için gereken minimum yoğunluk, 20 x objektif lens kullanılarak elde edilen mikrometre kare başına 16 mikro watt idi.

Bu videoyu izledikten sonra, plazmonik ve fotonik kristal nano yapılı substratlar kullanılarak mikro ve nano boyutlu biyolojik örneklerin invaziv olmayan manipülasyonu için düşük yoğunluklu bir optik tuzağın nasıl oluşturulacağını iyi anlamış olmalısınız.