فخ تحميل البصري للعازل المجهرية الدقيقة في الهواء

Haesung Park; Thomas W. LeBrun

doi:10.3791/54862

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Abstract

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner.

In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

Introduction

ذكرت Ashkin تسارع ومحاصرة المجهرية الدقيقة التي الضغط الاشعاعي في عام 1970. ¹ انجازاته رواية الترويج لتطوير تقنيات محاصرة البصرية كأداة رئيسية للدراسات الأساسية للفيزياء والفيزياء الحيوية. ^{^2،} ^{^3،} ^{^4،} ⁵ وحتى الآن، ركزت تطبيق محاصرة البصرية بشكل رئيسي على البيئات السائلة، واستخدمت لدراسة مجموعة واسعة جدا من النظم، من سلوك الغرويات إلى الخواص الميكانيكية للجزيئات الحيوية واحدة. ^{^6،} ^{^7،} ⁸ تطبيق محاصرة البصرية لوسائل الاعلام غازي، ومع ذلك، يتطلب حل العديد من القضايا الفنية الجديدة.

في الآونة الأخيرة، وقد تم تطبيق محاصرة البصرية في الهواء / فراغ متزايد في البحوث الأساسية. منذ ليفي بصريالكساء يحتمل أن يوفر ما يقرب من العزلة الكاملة للنظام من البيئة المحيطة بها، والجسيمات السابحة بصريا يصبح مختبرا مثاليا لدراسة حالة قاعية نوعية في الأشياء الصغيرة، ⁴ قياس ارتفاع وتيرة موجات الجاذبية، ⁹ والبحث عن المسؤول الجزئية. ¹⁰ وعلاوة على ذلك، اللزوجة المنخفضة من الهواء / فراغ يسمح احد لاستخدام الجمود لقياس السرعة اللحظية لجسيم البراونية ¹¹ وخلق حركة البالستية على نطاق واسع من الحركة وراء النظام الخطي مثل فصل الربيع. ^{12 لذلك،} أصبحت المعلومات والممارسات لالفخاخ البصرية في وسائل الإعلام غازي تقنية مفصلة أكثر قيمة للمجتمع العلمي الأوسع.

مطلوبة تقنيات تجريبية جديدة لتحميل نانو / المجهرية الدقيقة في الفخاخ البصرية في وسائل الإعلام الغازي. ومحول كهربائي ضغطي (PZT)، وهو الجهاز الذي يحول إلكترونياتجيم الطاقة إلى طاقة والميكانيكية الصوتية، وقد استخدمت لتقديم جزيئات صغيرة إلى الفخاخ البصرية في الهواء / فراغ ^{^5،} ¹² منذ أول مظاهرة من الارتفاع البصرية. ¹ ومنذ ذلك الحين، تم اقتراح عدة تقنيات التحميل لتحميل جسيمات أصغر باستخدام الهباء المتقلبة التي تم إنشاؤها بواسطة البخاخات التجاري ¹³ أو مولد موجة الصوتية. ¹⁴ هباء العائمة مع شوائب صلبة (جسيمات) تمر بشكل عشوائي بالقرب من التركيز ومحاصرون عن طريق الصدفة. بمجرد المحاصرين الهباء الجوي، المذيب يتبخر بها ويبقى الجسيمات في فخ البصرية. ومع ذلك، لا تناسب هذه الأساليب جيدا لتحديد جزيئات المرجوة من داخل العينة، تحميل الجسيمات المختارة ولتعقب التغييرات في حال صدر من الفخ. ويهدف هذا البروتوكول إلى تقديم تفاصيل للممارسين جديد على انتقائية البصرية تحميل فخ في الهواء، بما في ذلك التجربةالإعداد القاعدة وتلفيق حامل PZT وضميمة عينة، فخ تحميل، والحصول على البيانات المرتبطة تحليل حركة الجسيمات في كل المجالات التردد والوقت. كما تم نشر بروتوكولات لمحاصرة في وسائل الإعلام السائلة. ^{^15،} ¹⁶

تم تطوير الإعداد العام التجريبية على المجهر الضوئي المقلوب التجاري. ويبين الشكل 1 الرسم التخطيطي للإعداد تستخدم للتدليل خطوات انتقائية فخ البصرية التحميل: تحرير المجهرية الدقيقة يستريح، ورفع الجسيمات المختار مع شعاع مركزة، وقياس حركته، ووضعه على الركيزة مرة أخرى. أولا، يتم استخدام مراحل متعدية (عرضية ورأسية) لجلب microparticle اختيارهم على الركيزة لمحور الليزر محاصرة (الطول الموجي 1064 نانومتر) تركز من قبل العدسة الشيئية (بالقرب من الأشعة تحت الحمراء تصحيح الهدف والعمل لمسافات طويلة: NA 0.4، التكبير 20X، د العملistance 20 مم) من خلال الركيزة شفافة. ثم، قاذفة كهرضغطية (أ ميكانيكيا قبل تحميلها عصابة من نوع PZT) يولد ذبذبات الموجات فوق الصوتية لكسر التصاق بين المجهرية الدقيقة والركيزة. وهكذا، أي الجسيمات سراح يمكن رفع من قبل شعاع واحد فخ التدرج ليزر تركز على الجسيمات المحدد. بمجرد المحاصرين الجسيمات، وترجمته إلى مركز العلبة عينة تحتوي على اثنين من لوحات إجراء موازية لإثارة كهرباء. وأخيرا، والحصول على البيانات (دق) نظام يسجل في الوقت نفسه حركة الجسيمات، التي استولت عليها في مكشاف ضوئي رباعي الخلية (QPD)، والحقل الكهربائي تطبيقها. بعد الانتهاء من قياس، يتم وضع جسيم controllably على الركيزة بحيث يمكن المحاصرين مرة أخرى بطريقة عكسية. هذه العملية الشاملة يمكن أن تتكرر مئات المرات من دون خسارة الجسيمات لقياس التغيرات مثل كهربة الاتصال التي تحدث على مدى عدة دورات محاصرة. يرجى الرجوع إلى موقعنا الأخيرة من المادة وأو تفاصيل. ¹²

Protocol

تنبيه: يرجى التشاور مع جميع برامج السلامة ذات الصلة قبل التجربة. يتم تنفيذ جميع الإجراءات التجريبية المبينة في هذا البروتوكول وفقا لبرنامج السلامة LASER نيست، فضلا عن غيرها من الأنظمة المعمول بها. يرجى التأكد من اختيار وارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE) مثل نظارات حماية ليزر مصممة لطول الموجة والقوة محددة. التعامل مع نانو الجافة / المجهرية الدقيقة قد تتطلب حماية الجهاز التنفسي إضافية.

1. تصميم وتصنيع وحامل PZT وضميمة عينة

تصميم حامل PZT والضميمة عينة
ملاحظة: القيم تصميم خاص تختلف تبعا لاختيار PZT.
1. فتح حزمة برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). رسم ثنائي الأبعاد (2D) رسم لحاملها عن البعد PZT معين. تطوير رسم 2D إلى ميزات الحجمية باستخدام مزيج من قذف / قذف المعالم.
2. انقر رسم،رسم مستطيل وقذف لجعل مكعب مستطيل.
3. رسم قرص على السطح العلوي من مكعب لتحديد ميزة راحة دائري لتغطية وعقد حلقة من نوع PZT.
4. تحديد الفتحة المركزية أن يكون لها وصول البصرية لكل من التصوير في الوقت الحقيقي ومحاصرة.
5. تحديد دليل دائري على طول حافة حفرة المركزي لادخال حلقة معدنية مسطحة (النحاس) لتركيز السلطة بالموجات فوق الصوتية باتجاه منطقة مركز كما هو مبين في الشكل 2.
6. إنشاء اثنين من ثقوب للمسامير M6 على حامل PZT ليتم تجميعها مع لوحة أسفل (التي تم شراؤها، 4 مم أسفل لوحة الألومنيوم مع وجود ثقب في الوسط)، كما هو مبين في الشكل 2C و 2D.
7. بطريقة مماثلة، تصميم إطار مستطيل من العلبة العينة. انقر رسم، ورسم مستطيل، قذف المستطيل لجعله مربع مستطيل.
8. رسم مستطيل أصغر على السطح العلوي للrectangulaمربع r و قذف-قطع مستطيل لجعله أنبوب مستطيل.
9. رسم مستطيل أصغر على الجدار الجانبي للأنبوب وقذف قطع لتحويلها إلى إطار مربع عينة الضميمة من.
10. تحويل هذه ثلاثية الأبعاد (3D) نماذج إلى تنسيق ملف المجسمة (STL) لعملية الطباعة 3D (الشكل 2B).
3D الطباعة من الكائنات تصميم
1. فتح ملف التصميم ( "-.STL") من برنامج التشغيل طابعة 3D. وضع كائن مسطح المركز 0 /. والكائن في (0، 0، 0) بالضغط على الكائن لتحديده، واستخدام وظائف محاذاة: "نقل"، "على منصة"، و "مركز". توجيه صاحب PZT لمواجهة السمات الحساسة التصاعدي. وسوف تواجه سطح راحة التصاعدي.
2. في القائمة انتقل إلى "إعدادات" و "الجودة" علامة التبويب. تعيين قيم الطباعة على النحو التالي، بدأت أعمال الحفر: 100٪، وعدد من قذائف: 2، وارتفاع طبقة: 0.2مم.
3. معاينة الأجسام للتحقق من وقت الطباعة الإجمالي وتأكد من أنه سيتم طباعة الكائنات الطبقات كما تريد. تصدير ملف الطباعة 3D في شكل ".x3g" وحفظه للاستخدام في الطابعة 3D.
4. تشغيل الطابعة 3D وتدفئتها حتى درجة حرارة فوهة البثق تصل درجة حرارة التشغيل، 230 درجة مئوية تحميل ملف التصميم من بطاقة الذاكرة أو محرك أقراص الشبكة.
5. خلال الاحماء، ووضع منصة البناء مع الشريط الأزرق الرسام للمساعدة في الأجسام تلتزم بشكل آمن. كمادة بالحرارة لهذا المنصب والطباعة، واستخدام خيوط عديد حمض اللبنيك (PLA) لكل الكائنات.
6. طباعة الكائنات تصميم. وبمجرد الانتهاء من العمل والطباعة، وإيقاف الطابعة بعد أن يبرد.
7. فصل الكائن طبعت من منصة باستخدام إزميل. انتصب الكائنات المطبوعة. إذا تم اختيار التوجه نحو ملائم، صاحب PZT يمكن استخدامها مباشرة دون مزيد من مرحلة ما بعد المعالجة.
8. فوص العلبة عينة، وإعداد زوج واحد من أكسيد الإنديوم القصدير (ايتو) coverslips المغلفة وثلاثة coverslips الزجاج لتغطية الإطار. استخدام قطع الماس لتناسب ساترة لالعلبة.
9. سلكين لوحات إجراء موازية باستخدام الطلاء سريع الفضة التجفيف لتزويد الجهد عبر اثنين من لوحات. الغراء هذه النوافذ الخمسة على العلبة عينة باستخدام الغراء لاصقة لحظة.
  ملاحظة: يتم تثبيت زوج واحد من coverslips ايتو المغلفة على العلبة عينة بالتوازي (في مواجهة بعضهما البعض) لتوفير مجال كهربائي موحد وتوليد حركة ذاتية الدفع من الجسيمات المشحونة بشكل طبيعي على طول الحقل الكهربائي. وتغطي ساترة التقليدية الثلاثة بقية السطوح عينة الضميمة (أعلى والجانبان الآخران) لحماية الجسيمات المحاصرين من تدفق خارجي من الهواء

2. فخ تحميل البصرية من Microparticle مختارة

إعداد عينة
1. تخزين المجهرية الدقيقة فيمجفف اجلاء للحد من الاتصال مع الرطوبة في الهواء قبل التجربة.
2. أسكب جزء صغير من المجهرية الدقيقة على شريحة زجاجية وعلى الفور وضع زجاجة تصنيع مرة أخرى في المجفف.
3. التقاط بعض المجهرية الدقيقة مع أنبوب زجاجي الشعرية. مبعثر جزيئات على ركيزة من خلال استغلال بلطف على شعري حين عقد الشعرية على ساترة.
4. التحقق من كمية وتوزيع الجسيمات أودعت على الركيزة باستخدام مجهر الحقل المظلم.
  ملاحظة: في خطوة إعداد العينات، تنتشر الجسيمات فقط على ساترة والمصورة مع المجهر الضوئي للتحقق من الترتيب العام قبل إدراجها (ساترة مع المجهرية الدقيقة متفرقة) بين صاحب PZT وPZT. منذ التصاق سطح قوي بما فيه الكفاية لعقد المجهرية الدقيقة الفردية على الركيزة، يتم إصلاح الجزيئات تلتزم بحزم ما لم يتم تطبيق قوة خارجية كبيرة.
5. التجمع قاذفة كهرضغطية
  1. الحصول على جميع مكونات قاذفة كهرضغطية: لوحة مسطحة القاع عازلة الفيلم، PZT، ساترة الزجاج، وخاتم من النحاس، صاحب PZT، اثنين من البراغي M6، والعلبة العينة.
  2. تطبيق طبقة رقيقة (أو الشريط) على لوحة أسفل لعزل PZT. ساترة الزجاج يعزل أعلى المكدس.
  3. تجميع كومة من توسيط PZT على الجزء العلوي من لوحة مسطحة معزول الآن مع الشريط، يليه ساترة، وخاتم من النحاس، وحامل PZT. المسمار كومة معا الحفاظ على مركزه من PZT لتجنب التقليل PZT لصاحب لو تجري كما هو مبين حامل في الشكل 2C و 2D. تقدم خاتم من النحاس والتحميل المسبق الميكانيكية وزعت بالتساوي على المكدس لحاملي PZT البلاستيك.
  4. وأخيرا، الغراء العلبة عينة إلى المكدس وجبل الجمعية على مرحلة متعدية XYZ في المجهر.
6. تكوين قاذفة PZT
  ملاحظة: يقود PZT مع إشارة عالية الجهد لديها المخاطر الكهربائية المحتملة. يرجى التشاور مع موظفي السلامة قبل التجربة. يجب تأمين كافة التوصيلات الكهربائية قبل التجربة. إيقاف مكبر للصوت وقطع PZT يؤدي كلما كان ذلك ممكنا.
  1. ربط PZT يؤدي إلى مكبر للصوت الجهد وتوصيل مولد وظيفة إلى مدخل الميناء من مكبر للصوت الجهد.
  2. تشغيل مولد وظيفة وتكوين لتوليد موجات مربع مستمرة مع الجهد الناتج من 1 خامسا لا تولد إشارة الجهد حتى يتم التحقق من كافة الاتصالات وتأمينها.
  3. تشغيل مكبر للصوت الجهد وتوليد موجة مربعة من انتاج التيار الكهربائي 1 V من خلال تمكين الإخراج.
  4. ربط ميناء مراقبة الانتاج (الناتج الجهد 200 V) من مكبر للصوت الذبذبات. تكوين مكبر للصوت لكسب 200 V / V من خلال تحويلالحصول على مقبض الباب على اللوحة الأمامية. تحقق من أن الجهد مراقبة الانتاج لديه سعة من 1 V مقاسا الذبذبات.
  5. مرة واحدة يتم تكوين مولد وظيفة ومكبر للصوت، والعثور على تردد الرنين من قاذفة PZT عن طريق مسح تضمين التردد للإشارة القيادة بينما في الوقت الحقيقي صور الفيديو المجهر التقيد الجسيمات. تكرار المسح حتى حركة microparticle بحد أقصى. استخدام هذا التردد (64 كيلو هرتز هنا) للافراج عن الجسيمات.
    ملاحظة: يتم تغيير التردد تعديل يدويا (الممسوحة ضوئيا) من صفر إلى 150 كيلو هرتز للعثور على تردد الرنين.
  6. تكوين مولد وظيفة لتوليد موجة مربعة مع عدد محدد من الدورات في وضع الاندفاع. اضغط على زر "انفجار" على اللوحة الأمامية واختر "N دورة الانفجار".
  7. اختيار عدد تنفجر عن طريق الضغط على "# دورات" مفتاح لينة وتعيين عدد إلى 10 أو 20.
  8. تكوين الموجي مربع لتوليد إشارات الجهد معاتساع 600 V (ثلاث مرات الجهد تستخدم لإثارة مستمرة) على تردد الرنين من 64 كيلو هرتز التي وجدت من الخطوة السابقة. تحقق من أن إشارة النبض تصدر جسيمات الهدف بطريقة قابلة للتكرار من خلال ضمان الجزيئات تتحرك بعد كل نبضة.
7. الانتقائي البصري فخ تحميل
  ملاحظة: يتم تثبيت التجميع قاذفة PZT على الخطية مرحلة الترجمة س ص اليدوية. الجسيمات يمكن أن تترجم النسبي للتركيز شعاع ثابت عن طريق تحريك المرحلة متعدية.
  1. إزالة عامل التصفية خط ليزر لتحديد تركيز شعاع محاصرة من قبل الدورية للبرج المجهر (الشكل 3A). نقل كتلة التركيز بمحركات ذهابا وإيابا عموديا حول أفضل بؤرة الصورة واضحة لتحسين التركيز.
  2. حالما يتم التحقق من موقف التركيز، وطرح مرشح إلى إعطاء اضح الفيديو في الوقت الحقيقي دون تدخل من شعاع محاصرة.
  3. ترجمة العينة إلى pالرباط الجسيمات المختارة في موقف تركيز الليزر محاصرة. التركيز على الجسيمات إلى صورة المركز من الجسيمات المحدد، الذي يضع موقف محاصرة الاسمي أقل من مركز الجسيمات بحوالي نصف قطرها مع ترك موقف الارتفاع فوق الجسيمات.
  4. ضبط التيار الكهربائي متصلا سائق الكهربائية الضوئية المغير (بعثة مراقبة الانتخابات) لضبط السلطة محاصرة البصرية. قوة الأمثل يعتمد على حجم الجسيمات والمواد. تم العثور على الطاقة الضوئية من خلال التجارب المتكررة لتحديد قوة كافية لحلق في الهواء والجسيمات دون طرده من شعاع. هنا، استخدام الطاقة الضوئية من 140 ميغاواط في طائرة الوصل الخلفي من الهدف إلى اعتراض الجسيمات 20 ميكرون قطر البوليسترين (PS).
  5. بعد محاذاة وسط الجسيمات المحدد، تحفيز قاذفة كهرضغطية مع العديد من البقول. تغيير الصورة جسيم من صورة مركزة ثابتة إلى متحركة وضوح الصورة ويشير تحميل ناجحة لليفموقف itation.
  6. ترجمة الجسيمات السابحة عموديا حول ملليمتر فوق الركيزة عن طريق تحريك العدسة الشيئية واحد لمنع التفاعلات سطح ممكنة. ثم لحد من الطاقة الضوئية للانتقال الجسيمات السابحة (الشكل 3B) في الاسمي موقف محاصرة (الشكل 3C) الذي هو أكثر استقرارا.
    ملاحظة: الطاقة الضوئية من محاصرة ليزر يمكن عن طريق التضمين المغير الكهربائية الضوئية (بعثة مراقبة الانتخابات). بعثة مراقبة الانتخابات ينظم انتاج الطاقة مع الجهد التحيز توفيره من خلال إمدادات الطاقة الرقمي. يمكن للمرء أن يلاحظ الانتقال من الارتفاع لمحاصرة الموقف من خلال اتفاقية مكافحة التصحر في حين يقلل ببطء الطاقة الضوئية.
  7. لقياس الموقف، كما هو مبين في الشكل 3C إلى 3D، وتحرك بحذر وسط حامل PZT إلى المحور البصري ثم حرك العدسة الشيئية حتى (عموديا) لترجمة الجسيمات في وسط عينة الضميمة (9 ملم فوق SUBSTRأكل) حيث يتم تصغير الحقل الكهربائي هامش.
  8. بعد أداء القياس كما هو موضح أدناه، وضع الجسيمات على الركيزة عن طريق تحريك الهدف لأسفل حتى يلامس الجسيمات الركيزة. منذ تطبق معظم الجسيمات بالقرب من الزوايا، والجسيمات المحاصرين يمكن التعرف عليه بسهولة، وعندما يتم وضعها في المنطقة الوسطى المحاصرين من جديد. وهذا يمكن عكسها فخ تحميل لقياس التغيرات التي تحدث ما وراء الحدث محاصرة واحد مثل التفاعلات الاتصال من الجسيمات والركيزة.
3. الحصول على البيانات
1. محاذاة المكثف وعدسة التركيز على تحقيق أقصى قدر من QPD "SUM" إشارة مع الجسيمات في الفخ.
2. محاذاة عدسة التركيز إلى الصفر اسميا القنوات X و Y من QPD، كما هو مبين في الشكل 4C.
3. كرر تعديل المكثف وعدسة التركيز حتى إشارات موقف فورييه تحولت (أو كثافة طيف الطاقة (PSD) المؤامرات) من X و Y قنوات ركب لإظهار حساسية متوازنة. إشارات QPD محاذاة بشكل صحيح (X و Y) تظهر سلوك مطابق تقريبا، كما هو مبين في الشكل 4B.
4. حالما يتم التحقق من التوافق QPD، توصيل مكبر للصوت الجهد لوحات ايتو اثنين. توصيل إشارة خرج مراقبة الجهد من مكبر للصوت لنظام دق لتسجيل إشارة خطوة الإثارة والناجمة عن الجسيمات مسار متزامن.
5. تزويد موجة مربعة المستمرة من 400 V لتوليد مجال كهربائي (الشكل 4D) التي تتحرك الجسيمات بشكل مستعرض على المحور البصري بنحو 500 نانومتر (الشكل 4E). قياس استجابة خطوة من الجسيمات المحاصرين باستخدام QPD.
6. متوسط فترات متعددة حسب الحاجة للحد من آثار الحركة البراونية. الحركة التي يسببها يمكن استخدامها لقياس القوة البصرية على نطاق أوسع من الحركة من أن التقلبات الحرارية. ^{^12،}EF "> 17 الشكل 4D والعروض 4E بلغ متوسط إشارات من الجهد التطبيقية ومسار الجسيمات التي يسببها أكثر من 50 تكرار الخطوة الإثارة.

النتائج

تم تصميم قاذفة PZT باستخدام حزمة برامج CAD. هنا، ونحن نستخدم بنية شطيرة بسيط لتحميلها مسبقا (فرضت على PZT مع اثنين من لوحات)، كما هو مبين في الشكل 2. حامل PZT والعلبة عينة يمكن أن تكون ملفقة من مجموعة متنوعة من المواد والأساليب. للمشاركة في مظاهرة س?...

Discussion

تم تصميم قاذفة كهرضغطية لتحسين الأداء الديناميكي للPZT المحدد. الاختيار السليم للمواد PZT وإدارة الذبذبات فوق الصوتية هي الخطوات الرئيسية لانتاج تجربة ناجحة. PZTs لها خصائص مختلفة اعتمادا على نوع من محول (بالجملة أو مكدسة) والمواد المكونة (أو القوة الناعمة). كما يتم اختيا...

Disclosures

The authors declare no competing financial interest.

Acknowledgements

All work performed under the support of the National Institute of Standards and Technology. Certain commercial equipment, instruments, or materials are identified to foster understanding of this protocol. Such identification does not imply recommendation or endorsement by the National Institute of Standards and Technology, nor does it imply that the materials or equipment identified are necessarily the best available for the purpose.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
ScotchBlue Painter's Tape Original	3M	3M2090
Scotch 810 Magic Tape	3M	3M810
Function/Arbitrary Waveform generator	Agilent	HP33250A
Power supply/Digital voltage supplier	Agilent	E3634A
Ring-type piezoelectric transducer	American Piezo Company	item91
Electro-optic modulator	Con-Optics	350−80-LA
Amplifier for Electro-optic modulator	Con-Optics	302RM
Mitutoyo NIR infinity Corrected Objective	Edmund optics	46-404	Manufactured by Mitutoyo and Distributed by Edmund optics
LOCTITE SUPER GLUE LONGNECK BOTTLE	Loctite	230992
3D printer	MakerBot	Replicator 2
Polylactic acid (PLA) filament	MakerBot	True Red PLA Small Spool
Data Acquisition system	National Instruments	780114-01
Quadrant-cell photodetector	Newport	2031
Translational stage	Newport	562-XYZ
Inverted optical microscope	Nikon Instruments	EclipsTE2000
Fluorescence filter (green)	Nikon Instruments	G-2B
Flea3/CCD camera	Point Grey	FL3-U3-13S2M-CS	Trapping laser
Diode pumped neodymium yttrium vanadate(Nd:YVO₄)	Spectra Physics	J20I-8S-12K/ BL-106C
Indium tin oxide (ITO) Coated coverslips	SPI supplies	06463B-AB	Polystyrene microparticles
Fast Drying Silver Paint	Tedpella	16040-30
Dri-Cal size standards	Thermo Scientific	DC-20
Optical Fiber	Thorlabs	P1−1064PM-FC-5	bottom plate
Aluminium plate	Thorlabs	CP4S
High voltage power amplifier	TREK	PZD700A M/S

References

Ashkin, A. Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure. Phys. Rev. Lett. 24 (4), 156-159 (1970).
Gieseler, J., Novotny, L., Quidant, R. Thermal nonlinearities in a nanomechanical oscillator. Nat. Phys. 9 (12), 806-810 (2013).
Gieseler, J., Deutsch, B., Quidant, R., Novotny, L. Subkelvin Parametric Feedback Cooling of a Laser-Trapped Nanoparticle. Phys. Rev. Lett. 109 (10), 103603 (2012).
Chang, D. E., et al. Cavity opto-mechanics using an optically levitated nanosphere. Proc. Natl. Acad. Sci. 107 (3), 1005-1010 (2010).
Arita, Y., Mazilu, M., Dholakia, K. Laser-induced rotation and cooling of a trapped microgyroscope in vacuum. Nat. Commun. 4, 2374 (2013).
Ashkin, A., Dziedzic, J. Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria. Science. 235 (4795), 1517-1520 (1987).
Svoboda, K., Block, S. M. Biological Applications of Optical Forces. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).
Mehta, A. D. Single-Molecule Biomechanics with Optical Methods. Science. 283 (5408), 1689-1695 (1999).
Arvanitaki, A., Geraci, A. A. Detecting High-Frequency Gravitational Waves with Optically Levitated Sensors. Phys. Rev. Lett. 110 (7), 071105 (2013).
Moore, D. C., Rider, A. D., Gratta, G. Search for Millicharged Particles Using Optically Levitated Microspheres. Phys. Rev. Lett. 113 (25), 251801 (2014).
Li, T., Kheifets, S., Medellin, D., Raizen, M. G. Measurement of the instantaneous velocity of a Brownian particle. Science. 328 (5986), 1673-1675 (2010).
Park, H., LeBrun, T. W. Parametric Force Analysis for Measurement of Arbitrary Optical Forces on Particles Trapped in Air or Vacuum. ACS Photonics. 2 (10), 1451-1459 (2015).
Summers, M. D., Burnham, D. R., McGloin, D. Trapping solid aerosols with optical tweezers: A comparison between gas and liquid phase optical traps. Opt. Express. 16 (11), 7739-7747 (2008).
Anand, S., et al. Aerosol droplet optical trap loading using surface acoustic wave nebulization. Opt. Express. 21 (25), 30148-30155 (2013).
Lee, W. M., Reece, P. J., Marchington, R. F., Metzger, N. K., Dholakia, K. Construction and calibration of an optical trap on a fluorescence optical microscope. Nat. Protoc. 2 (12), 3226-3238 (2007).
Pesce, G., et al. Step-by-step guide to the realization of advanced optical tweezers. J. Opt. Soc. Am. B. 32 (5), B84 (2015).
Thornton, S. T., Marion, J. B. . Classical Dynamics of Particles and Systems. , (2003).
Ashkin, A. Stability of optical levitation by radiation pressure. Appl. Phys. Lett. 24 (12), 586-588 (1974).
Chandrasekhar, S. Stochastic Problems in Physics and Astronomy. Rev. Mod. Phys. 15 (1), 1-89 (1943).
Li, T. . Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microspheres. , 9-21 (2013).
Chai, Z., Liu, Y., Lu, X., He, D. Reducing Adhesion Force by Means of Atomic Layer Deposition of ZnO Films with Nanoscale Surface Roughness. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (5), 3325-3330 (2014).
Park, H., LeBrun, T. W. Measurement and accumulation of electric charge on a single dielectric particle trapped in air. SPIE OPTO. 9764, (2016).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

120

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: