Name: Intrappolamento delle Micro particelle in grata ottica Nanoplasmonic (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 20 s
Description: Impara a intrappolare microparticelle con reticoli ottici nanoplasmonici, sopprimendo la convezione fototermica per migliorare l'efficienza di cattura. Questo metodo utilizza nanostrutture plasmoniche e le proprietà termiche dell'acqua.

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Y. T. Y. desidera ringraziare finanziamento dal Ministero della scienza e della tecnologia in numeri di sovvenzione più 105-2221-E-007-MY3 e dal National Tsing Hua University sotto grant numeri 105N518CE1 e 106N518CE1.

1. Setup ottico Nota: il principio dell'apparato ottico è illustrato nella Figura 1.
<ol><li>Set up ottico pinzetta kit (vedere la Tabella materiali) e il modulo di fluorescenza (Vedi Tabella materiali) secondo i loro manuali. Collegare una fonte di 470 nm blu luce che emettono luce a diodi (LED) al modulo fluorescente.</li>
	<li>Sostituire l'alta apertura numerica (NA) (NA = 1.25, ingrandimento 100 x) obiettivo a immersione in olio tramite un funzionamento di lungo distanza obiettivo del microscopio (WD) (lunghezza focale 3,6 mm, WD = 10.6 mm, NA = 0.5).</li>
	<li>Rimuovere la lente nella sezione di espansione di larghezza del kit assemblato per raggiungere sciolto di messa a fuoco del fascio laser.</li>
	<li>Disabilita l'alimentazione e la corrente per il laser a diodi di lunghezza d'onda 980 nm e uso la carica accoppiata fotocamera del dispositivo (CCD) per assicurarsi che il raggio laser è allineato correttamente. 
	Nota: Se il raggio laser è ben allineato, la telecamera CCD leggerà un posto gaussiano.</li>
</ol> 2. Nanofabbricazione <ol><li>Marker Fabrication. 
	Nota: I marcatori aiuterà a posizionare la serie di nanoplasmonic durante il processo di fabbricazione e l'esperimento successivo intrappolamento. Il processo dettagliato è illustrato in complementare figura 1.
	<ol><li>Film di ossido di stagno (ITO) di cauzione 40 nm indio su un vetrino coprioggetti spessore 0,17 mm con sputtering. 
		Nota: La pellicola di ITO aiuterà gli elettroni di scarico durante il processo di Litografia di fascio elettronico successivi.</li>
		<li>Spin cappotto uno strato di 8 µm di photoresist positivo con spin velocità 4000 giri/min e tempo 30 s con una macchina a spin.</li>
		<li>Soft cuocere il campione a 90 ° C per 5 min e allineare il campione con strato di fotoresist per marcatore ed esporre il campione ai raggi UV per 80 s nell'assetto maschera.</li>
		<li>Immergere il campione nello sviluppatore di photoresist per 130 s.</li>
		<li>Depositare uno strato di 2 nm di cromo e uno strato di 40 nm di oro sul campione mediante evaporazione termica. 18</li> <li>immergere il campione in acetone e posizionarlo in un pulitore ad ultrasuoni operanti a 43 kHz e 150 W per 5 min per lift off.</li>
	</ol></li> <li>Fabbricazione di Nanoplasmonic matrice <ol><li>cappotto Spin uno strato di e-fascio resistere PMMA 120K con velocità di rotazione di 5000 giri/min per 30 s su una macchina a rotazione. Cuocere il campione a 160 ° C per 3 min su una piastra calda.</li>
		<li>Spin cappotto un altro strato di fotoresist e-fascio PMMA 960K con velocità di centrifuga 5000 giri/min per 30 s su una macchina a rotazione. Cuocere il campione a 160 ° C per 3 min su una piastra calda.</li>
		<li>Scrittore di fascio elettronico di uso per esporre il fascio elettronico resistere con accelerazione tensione 30 kV e dosaggio 400 C/cm 2.</li>
		<li>Depositare uno strato di 40 nm di oro in un evaporatore termale.</li>
		<li>Immergere il campione in acetone e posizionarlo in un pulitore ad ultrasuoni per 5 min per lift off.</li>
	</ol></li></ol> 3. Esempio di sistema e la sua taratura della temperatura di raffreddamento Nota: il campione in fase di progettazione di raffreddamento è mostrato complementare figura 2.
<ol><li>Rendendo il circuito di pilotaggio per esempio raffreddamento <ol><li>posto le resistenze, transistor a giunzione bipolare e transistori di effetto di campo di ossido di metallo di potere sul circuito stampato personalizzato seguendo lo schema di circuito di complementare figura 3 . Saldare tutti questi componenti con saldatore.</li>
		<li>Cavi di connessione tra la porta di controllo del circuito e scheda elettronica di controllo. Collegare i cavi tra la porta di uscita del circuito stampato ed elemento di (TEC) raffreddamento termoelettrico. Posizionare l'elemento TEC sul palco campione con d'affondamento di calore. 
		&#8203; Nota: The TEC elemento ha un buco al centro per permettere il fascio laser di passare attraverso.</li>
		<li>Connect fili da circuito stampato a 5 V di alimentazione. Utilizzare il lungimirante fotocamera a raggi infrarossi per controllare la temperatura per controllare se il raffreddamento termoelettrico è correttamente raffreddando.</li>
	</ol></li> <li>Calibrazione di temperatura misurata in lungimirante termometro a infrarossi telecamera e resistenza temperatura detector (RTD).
	<ol><li>Posizionare il Termometro RTD su un vetrino coprioggetto vuoto e applicare una piccola quantità di pasta termica su di esso per garantire il corretto contatto termico tra il Termometro RTD e il vetrino coprioggetti.</li>
		<li>Modificare l'impostazione di potenza di uscita del circuito di controllo elettronico a TEC elemento modificando il duty cycle di impostazione di modulazione larghezza impulso e attendere 3 minuti per assicurarsi che la temperatura allo stato stazionario è raggiunto. Leggere la temperatura utilizzando il Termometro RTD.</li>
		<li>Disabilita la telecamera a infrarossi che guarda avanti e monitor della temperatura. Ripetere questa operazione con diverse impostazioni di potenza di uscita per ottenere la curva di calibrazione di temperatura. Una curva di calibrazione temperatura rappresentativa è mostrata in complementare figura 4. 
		Nota: È fondamentale fare calibrazione tra Termometro RTD e la telecamera a infrarossi lungimirante, perché la lettura della temperatura della telecamera a raggi infrarossi previsionale dovrà essere accurata per garantire la corretta temperatura.</li>
	</ol></li></ol> 4. Cattura di microparticelle <ol><li>diluire micro particelle di polistirene di µm di diametro 2 in acqua deionizzata in un microcentrifugetube con rapporto adeguato volume. 
	Nota: La concentrazione di micro particelle può essere regolata secondo l'obiettivo dell'esperimento. Mentre la concentrazione più bassa consente un intervallo di tempo campione tra gli eventi di intrappolamento di singola particella, maggiore concentrazione accorcerà il tempo per intrappolamento delle particelle più. Per il trapping di singola particella, una concentrazione tipica è ~0.05% (w/v).</li>
	<li>Mettere il campione con matrice di nanoplasmonic sul palco e accendere un 470 nm LED come la sorgente di luce di fluorescenza e impostare manualmente la potenza di 5 mW per l'imaging del campo luminoso.</li>
	<li>Utilizzare il marcatore per individuare la matrice nanoplasmonic, allineare il campione e la telecamera CCD per assicurarsi che la matrice sia nel centro della regione di interesse sullo schermo del computer.</li>
	<li>Dispensare 10 µ l del diluito micro particelle di diametro 2 µm sul campione con una pipetta.</li>
	<li>Accendere il rifornimento corrente per il diodo laser di lunghezza d'onda 980 nm per eccitare la risonanza plasmonica della matrice con una potenza nella gamma ~ 1 mW a 10 mW.</li>
	<li>Accendere manualmente l'alimentazione alla scheda elettronica di controllo per raffreddare il campione ad un stato stazionario temperatura ~ 4 ° C.</li>
	<li>Nel software visualizzatore, scegliere il &#34; registrare video &#34; sequenza per aprire la finestra di dialogo di registrazione. Fare clic sul &#34; record &#34; pulsante per avviare la registrazione 1.5 del moto delle particelle micro a un frame rate di 10 fotogrammi/s sopra il campione sotto l'influenza del raggio laser utilizzando la telecamera CCD video. Fare clic sul &#34; stop &#34; pulsante per interrompere la registrazione. Guarda il Video 1.</li>
</ol>

<ol><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Opt.Lett. 11, 288-290 (1986).</li>
<li>Grier, D. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/vsample/nsample/full/nature01935.html">A revolution in optical manipulation.</a> Nature. 424, 21-27 (2003).</li>
<li>Wright, W. H., Sonek, G. J., Berns, M. W. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.109937">Radiation on trapping forces with optical tweezers.</a> Appl. Phys. Lett. 63, 715-717 (1993).</li>
<li>Kawata, S., Tani, T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19881795">Optically driven Mie particles in an evanescent field along a channel waveguide.</a> Opt. Lett. 21, 1768-1770 (1996).</li>
<li>Yang, A. H. J., Moore, S. D., Schmit, B. S., Klug, M., Lipson, M., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Manipulation+of+nanoparticles+and+biomolecules+in+sub-wavelength+slot+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Optical Manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides.</a> Nature. 457, 71-75 (2009).</li>
<li>Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+manipulation+with+planar+silicon+microring+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical manipulation with planar silicon microring resonators.</a> Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).</li>
<li>Mandal, S., Serey, X., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomanipulation+using+silicon+photonic+crystal+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanomanipulation using silicon photonic crystal resonators.</a> Nano Lett. 2010 (10), 99-104 (2010).</li>
<li>Lin, S., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+silicon+microrings+as+wavelength-+multiplexed+optical+traps+for+storing+and+sensing+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Planar silicon microrings as wavelength- multiplexed optical traps for storing and sensing particles.</a> Lab Chip. 11, 4047-4051 (2011).</li>
<li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, M., R, Plasmonic nano optical tweezers. Nat. Photon. 5, 349-356 (2011).</li>
<li>Huang, J. S., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2079-4991/5/2/1048">The origin and future of plasmonic optical tweezer.</a> Nanomaterials. 5, 1048-1065 (2015).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl203719v">Optical trapping of single protein.</a> Nano Lett. 12, 402-406 (2012).</li>
<li>Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+trapping+in+two-dimensional+nanoscale+plasmonic+optical+lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Nano Lett. 13, 4118-4122 (2013).</li>
<li>Cuche, A., Stein, B., Canguier-Durand, A., Devaux, E., Genet, C., Ebbesen, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brownian+motion+in+a+designer+force+field%3A+Dynamical+effects+of+negative+refraction+on+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Brownian motion in a designer force field: Dynamical effects of negative refraction on nanoparticles.</a> Nano Lett. 12, 4329-4332 (2012).</li>
<li>Baffou, G., Berto, P., Urena, E. B., Quidant, R., Monnert, S. J., Polleux, J., Righeault, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoinduced+heating+of+nanoparticle+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Photoinduced heating of nanoparticle arrays.</a> ACS Nano. 8, 6478-6488 (2013).</li>
<li>Roxworthy, B. J., Bhuiya, A. M., Vanka, S. P., Toussant, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+and+controlling+plasmon-induced+convection%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Understanding and controlling plasmon-induced convection.</a> Nat. Commun. 5, (2014).</li>
<li>Yang, T. P., Yossifon, G., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4871010/">Characterization of the near-field and convectional transport behavior of micro and nano particles in nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Biomicrofluidics. 10, 034102(2016).</li>
<li>Chen, Y. -C., Yossifon, G., Yang, Y. -T. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4967882?journalCode=apl">Supression of phtothermal convection of micro particles in two dimensional nanoplamonic optical lattice.</a> Appl. Phys. Lett. 109, 201111(2016).</li>
<li>Smith, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSmith%2C+D+%22Thin+film+deposition%3A+principles+and+practice%22">Thin film deposition: principles and practice</a>. , McGraw-Hill Education. New York, New York. (1995).</li>
<li>Zehtabi-Oskuie, A., Bergeron, J. G., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow-dependent+double-nanohole+optical+trapping+of+20+nm+polystyrene+nanospheres%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Flow-dependent double-nanohole optical trapping of 20 nm polystyrene nanospheres.</a> Sci. Rep. 2, 966(2012).</li>
<li>Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+and+sensing+10+nm+metal+nanoparticles+using+plasmonic+dipole+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Trapping and sensing 10 nm metal nanoparticles using plasmonic dipole antennas.</a> Nano Lett. 10, 1006-1011 (2010).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 2011 (11), 3763-3767 (2011).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

La procedura qui descritta consente al lettore di riprodurre in modo affidabile la registrazione dei colori su una base quotidiana. Regola empirica generale per progettare un reticolo ottico utilizzabile è quello di utilizzare una dimensione paragonabile per plasmoniche nanoarray, interdisc distanza e intrappolati dimensione delle particelle. Rispetto ad una singola, isolata Nanostrutture plasmoniche, il design di grata ottica in collaborazione con l'alto potere ottico accordato dal raffreddamento il campione a ~ 4 ° C u...

L'intrappolamento ottico di particelle micro-scala è stato originariamente sviluppato da Arthur Askin agli inizi del 1970. Mai fin dalla sua invenzione, la tecnica è stata sviluppata come un versatile strumento per micro - e nanomanipulation1,2. Optical trapping base lontano dal campo-principio di messa a fuoco è intrinsecamente limitato dalla diffrazione nel suo confinamento spaziale, in cui la forza di intrappolamento diminuisce drammaticamente convenzionale (seguente un ~unalegge3 per una particella di raggio un) 3. per superare tali limiti di diffrazione, i ricercatori hanno sviluppato tecniche di intrappolamento ottico vicino-campo basati sul campo ottico evanescente utilizzando Nanostrutture plasmoniche metallico e, inoltre, l'intrappolamento di nanoscala oggetti verso il basso per singole molecole proteiche, è stata dimostrata4,5,6,7,8,9,10,11. Inoltre, il reticolo ottico plasmonico viene creato da matrici di periodici plasmoniche di conferire il trasporto a lungo raggio di micro e nanoparticelle e più particelle impilamento11,12. È uno dei principali ostacoli per interrompere la cattura in un reticolo ottico photothermal convezione e sono stati compiuti sforzi per delucidare i suoi effetti da diversi gruppi14,15,16,17. Utilizzando la funzione di Green, Valerio et al hanno calcolato un profilo di temperatura modellando ogni Nanostrutture plasmoniche come un riscaldatore di punto ed ha quindi convalidato sperimentalmente loro modello14. Gruppo di Toussant ha misurato anche la convezione indotta da plasmon con particella velocimetry15. Gruppo dell'autore ha anche caratterizzato il trasporto sia di campo vicino e convezione e ha dimostrato una strategia ingegneria per sopprimere photothermal convezione16,17.
Qui presentiamo la progettazione di una configurazione ottica e una procedura dettagliata in particolare per gli esperimenti dell'intrappolamento con grata ottica plasmonica. Il potenziale ottico è stato creato da illuminare una matrice di oro nanodiscs con un fascio gaussiano vagamente focalizzato. Uno schema per sopprimere la convezione photothermal dal raffreddarsi il campione ad una temperatura bassa (~ 4 ° C) per il trapping ottimale è anche descrivere qui17. Sotto approssimazione di Boussinesq, una stima dell'ordine di grandezza per la convezione naturale velocità u è data da u ~L2 gβΔT / v, dove L è la scala di lunghezza della sorgente di calore e Δ T è l'aumento della temperatura rispetto al riferimento a causa del riscaldamento.  g e β sono l'accelerazione gravitazionale e coefficiente di espansione termica, rispettivamente. A temperature vicine ai 4 ° C, la densità del mezzo acqua esibisce la dipendenza dalla temperatura anomala e questo si traduce in un coefficiente di dilatazione termica quasi zero e, quindi, una convezione photothermal infinitamente piccolo.

<table><tbody><tr><td>Elemento di raffreddamento termoelettrico</td><td>Thorlabs</td><td>TEC 1.4-6</td><td>Elemento TEC per il raffreddamento dei campioni</td></tr><tr><td>Termometro RTD</td><td>Omega</td><td>Engineering RTD Termometro 969C</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera a infrarossi</td><td>FLIR&nbsp;</td><td>Termocamera FLIR One</td><td>per il monitoraggio della temperatura</td></tr>, <tr><td>sorgente luminosa a diodi emettitori di luce</td><td>Touchbright</td><td></td><td>Sorgente luminosa per l'illuminazione per l'imaging fluorescente</td></tr>, <tr><td>obiettivo a lunga distanza di lavoro</td><td>Olympus</td><td>LMPLFLN</td><td>Per l'illuminazione del campione e l'imaging</td></tr><tr><td>Kit trappola ottica</td>: <td>Thorlabs</td><td>OTKB/M</td> Spessore <td></td></tr><tr><td>del vetrino coprioggetti</td><td></td><td></td><td>0,17 mm</td></tr><tr><td>Microscopio elettronico a scansione</td><td>Hitachi</td><td>SEM-Hitachi S3400N</td><td></td></tr><tr><td>Cancellatore di fascio di elettroni</td><td>DEBEN</td><td>Separatore di fascio PCD</td><td>Il blanker viene aggiunto al microscopio elettronico a scansione&nbsp;</td></tr><tr><td>Evaporatore termico</td><td>Tecnologia</td><td></td><td></td>SYSKEY</tr><tr><td>Allineatore a maschera</td><td>Karl Suss</td><td>MJB 3</td><td>Per la fabbricazione di marcatori</td></tr><tr><td>Resistenza a fascio di elettroni</td><td>Sigma Alrich</td><td>PMMA 120K</td><td>Per litografia a fascio elettronico</td></tr><tr><td>Resistenza a fascio di elettroni</td><td>Sigma Alrich</td><td>PMMA 960K</td><td>Per litografia a fascio elettronico</td></tr><tr><td>Microsfere di polistirene marcate con fluoresent</td><td>Polyscience</td><td></td> Transistor bipolare da <td>2 um di diametro</td></tr><tr><td></td><td>Mouser</td><td>2N3904</td><td>quantità 2 per circuito driver TEC</td></tr><tr><td>Transistor bipolare</td><td>Mouser</td><td>2N3906</td><td>quantità 2 per circuito driver TEC</td></tr><tr><td>Transistor di potenza MOSFET</td><td>Mouser</td><td>IRF5305</td><td>quantità 2 per circuito driver TEC</td></tr><tr><td>Transistor di potenza MOSFET</td><td>Mouser</td><td>IRF131ON</td><td>quantità 2 per circuito driver TEC</td></tr><tr><td>Resistenza da 10 kOhm</td><td>Mouser</td><td></td><td>quantità 6 per circuito di pilotaggio TEC</td></tr><tr><td>Resistenza da 910 Ohm</td><td>Mouser</td><td></td><td>quantità 2 per circuito di pilotaggio TEC</td></tr><tr><td>Fotoresist Microchemicals</td><td></td><td>AZ4620</td><td>Per la fabbricazione di marcatori</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma Alrich</td><td></td><td>Per la fabbricazione di marcatori</td></tr><tr><td>Modulo di fluorescenza per OTKB/M, filettature metriche</td><td>Thorlabs</td><td>OTKB-FL/ M</td><td></td></tr><tr><td>Set di filtri fluorescenti</td><td>Thorlabs</td><td>MDF-FITC</td><td>per isotiocianato di fluoresceina (FITC)</td></tr><tr><td>Pulitore ad ultrasuoni</td><td>Delta</td><td>DC150H</td><td>Per la fase di sollevamento</td></tr></tbody></table>

intrappolamento delle micro particelle in grata ottica nanoplasmonic

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

La pinzetta ottica plasmonica è stata sviluppata per superare i limiti di diffrazione delle pinzette ottiche convenzionali campo lontano. Plasmonica reticolo ottico è costituito da una matrice di nanostrutture, che esibiscono una varietà di intrappolamento e comportamenti di trasporto. Segnaliamo le procedure sperimentali per intrappolare micro-particelle in un reticolo ottico semplice quadrato nanoplasmonic. Descriviamo anche l'installazione di ottica e la nanofabbricazione di una matrice di nanoplasmonic. Il potenziale ottico è creato da illuminare una matrice di nanodiscs d'oro con un fascio gaussiano di 980 nm lunghezza d'onda ed eccitante risonanza plasmonica. Il moto delle particelle è monitorato da formazione immagine di fluorescenza. Uno schema per sopprimere photothermal convezione anche descritto per aumentare la potenza ottica utilizzabile per il trapping ottimale. Soppressione della convezione è realizzata il campione a bassa temperatura di raffreddamento, ed utilizzando il coefficiente di dilatazione termica quasi zero di un mezzo di acqua. Trasporto di singola particella sia più dell'intrappolamento delle particelle sono segnalati qui.

Traiettorie di singola particella sono state registrate da una telecamera CCD nel nostro esperimento e le immagini sono state poi elaborate con un programma personalizzato per estrarre traiettoria16 di ogni particella. Risultati rappresentativi vengono visualizzati in Figura 3 e Video 1 per micro-sfere con diametro di 2 µm. più orpelli di particelle all'interno del reticolo ottico sono stati osservati. Successive immag...

Descriviamo una procedura per intercettare otticamente micro-particelle in grata ottica nanoplasmonic.

Intrappolamento delle Micro particelle in grata ottica Nanoplasmonic

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical ...

L'obiettivo generale di questo esperimento è dimostrare come intrappolare microparticelle mediante reticoli ottici plasmonici utilizzando una tecnica che sopprime la convezione fototermica. La caratteristica principale di questa tecnica è l'utilizzo di un array di nanostrutture plasmoniche per aumentare l'efficienza di intrappolamento. Inoltre, sfruttiamo una proprietà unica dell'acqua, il coefficiente di espansione termica dello 0% a basse temperature, per sopprimere la convezione fototermica.La dimostrazione di questa procedura sarà effettuata da Dinesh Bhalothia, uno studente laureato del mio laboratorio. L'allestimento dell'esperimento si basa su un kit di pinzette ottiche. Questo kit di pinzette ottiche modificato, dotato di un modulo di fluorescenza, è già pronto su una basetta sperimentale.Un LED e un laser a diodo forniscono luce per la fluorescenza e la manipolazione. Degli specchi indirizzano la luce attraverso una lente obiettivo. L'obiettivo focalizza la luce su un piano del campione che funge anche da dissipatore di calore.Una fotocamera CCD acquisisce le immagini dal campione. Questi elementi sono più evidenti in questo schema. Un LED blu da 470 nanometri è la sorgente luminosa per il modulo di fluorescenza.Un diodo laser a 980 nanometri fornisce luce laser con messa a fuoco approssimativa per la manipolazione. L'obiettivo è un obiettivo microscopico con lunga distanza di lavoro. L'attività sul piano del campione viene registrata da una telecamera CCD.Accendere l'alimentatore e la corrente per il diodo laser a 980 nanometri. Utilizzare la telecamera CCD per verificare l'allineamento del fascio laser. Se il fascio è correttamente allineato, l'immagine sulla telecamera sarà un punto gaussiano.Disattivare il laser per i passaggi successivi. Un aspetto importante dell'allestimento è il sistema di raffreddamento. La piastra del campione è un dissipatore di calore progettato per ospitare un refrigeratore termoelettrico.Lavorare con l'elettronica del sistema per prepararsi ad aggiungere il refrigeratore termoelettrico. Per questo esperimento è previsto un circuito guidato personalizzato. Effettuare le connessioni tra il circuito guidato e la scheda di controllo elettronico.Successivamente, procurarsi un elemento di raffreddamento termoelettrico che si adatti alla fase del campione e che presenti un foro per permettere il passaggio del fascio laser. Collegare l'uscita del circuito di pilotaggio all'elemento di raffreddamento termoelettrico. Spostare l'elemento di raffreddamento sulla fase del campione.Prima di proseguire, collegare il circuito del driver a un'alimentazione di cinque volt. Per monitorare la temperatura, utilizzare una telecamera a infrarossi ad alta sensibilità e verificare che il sistema stia raffreddando correttamente prima di procedere. A tale scopo, utilizzare un'unità con termometro a resistenza e il suo sensore.Iniziare con il sensore su un vetrino di copertura in vetro. Trasferire il sensore e il vetrino sulla piattaforma del campione. Applicare una piccola quantità di pasta termica per garantire un buon contatto termico.In seguito, mettere l'assiemino a contatto con la piastra. Agli interruttori, regolare l'alimentazione dell'elemento di raffreddamento termoelettrico. Dopo tre minuti, leggere la temperatura utilizzando il termometro a detector di temperatura a resistenza.Inoltre, registrare la temperatura con la telecamera a infrarossi ad alta definizione. Ripetere queste due misurazioni a diverse impostazioni di potenza in uscita per ottenere una curva di calibrazione della temperatura simile a questa. La calibrazione è essenziale.Prima di procedere, spegnere l'alimentazione del refrigeratore termoelettrico. L'ultimo elemento dell'allestimento è l'array nanoplasmonico. Il coperchio del vetrino presenta un array realizzato su misura ed è pronto per essere montato nell'esperimento.Questa immagine ottenuta al microscopio elettronico a scansione dell'array fornisce maggiori dettagli. Si tratta di un reticolo di circa 16 micrometri quadrati composto da 22 per 22 nanodischi d'oro. Ogni nanodisco ha uno spessore di 40 nanometri e un diametro di 550 nanometri.La distanza tra i centri dei dischi è di 750 nanometri. Posizionare il coprivetrino con l'array nanoplasmonico sullo stadio del campione. Deve essere a contatto con il refrigeratore termoelettrico.Successivamente, preparare la sorgente luminosa. Accendere la sorgente luminosa fluorescente e impostare la potenza a cinque milliwatt per l'immagine in campo chiaro. Monitorare l'immagine CCD mentre si manipola il vetrino.Utilizzare il marcatore sul vetrino per individuare e allineare l'array. Assicurarsi che l'array sia al centro della regione di interesse sullo schermo del computer. A questo punto, passare al campione destinato all'esperimento.È una miscela di due particelle di polistirene con diametro micrometrico in acqua deionizzata. Utilizzare una micropipetta per dispensare 10 microlitri sul vetrino nanoarray. Passare all'alimentazione elettrica del diodo laser a 980 nanometri.Accenderlo per eccitare la risonanza plasmonica dell'array. Successivamente, regolare l'alimentatore del sistema di raffreddamento per raggiungere una temperatura di quattro gradi Celsius. Infine, iniziare a registrare un video delle microparticelle utilizzando la telecamera CCD.Questo è un esempio del video registrato durante un esperimento con due sfere di polistirene del diametro di un micrometro. La potenza ottica del laser a lunghezza d'onda di 980 nanometri utilizzato per l'eccitazione della risonanza plasmonica è di cinque milliwatt. Si noti come le particelle si raggruppino in una struttura esagonale compatta.Queste immagini fisse mostrano l'accumulo di microparticelle intrappolate nel tempo. Ancora una volta, la struttura esagonale compatta è chiara. Immagini di questo tipo possono fornire dati per produrre un grafico del numero di microparticelle intrappolate in funzione del tempo.Queste cinque curve colorate sono esempi di traiettorie di microparticelle che possono essere estratte dal video registrato mediante tecniche di elaborazione delle immagini e l'algoritmo del baricentro. La barra della scala rappresenta due micrometri. La procedura descritta in questo articolo consente a un ricercatore di riprodurre il confinamento ottico su base giornaliera.Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare di utilizzare la telecamera a infrarossi per monitorare la temperatura del campione ed evitare la rottura del campione. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo del trappolamento ottico per studiare una classe più ampia di fenomeni di trasporto in reticoli ottici plasmonici. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come eseguire il trappolamento ottico mediante il reticolo ottico plasmonico,

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