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.

Precaución: Por favor, consulte a todos los programas de seguridad pertinentes antes del experimento. Todos los procedimientos experimentales descritos en este protocolo se realizan de acuerdo con el programa de seguridad del láser NIST, así como otras regulaciones aplicables. Por favor, asegúrese de seleccionar y usar equipo de protección personal (PPE), como gafas de protección láser diseñado para la longitud de onda y potencia específica. Manipulación nano / micropartículas secas puede requerir protección respiratoria adicional. 1. Diseño y fabricación de un titular de PZT y un recinto de la Muestra <ol><li> Diseñar un soporte de PZT y un recinto de la muestra NOTA: Los valores de diseño en particular varían dependiendo de la selección de un PZT. <ol><li> Abra el paquete de software de diseño asistido por ordenador (CAD). Haz un dibujo de dos dimensiones (2D) de un soporte para una dimensión dada de PZT. Desarrollar el boceto 2D a las características volumétricas utilizando combinaciones de Extrusión / Extrusión de corte. </li><li> Haga clic en Croquis,dibujar un rectángulo y extruir para hacer un cubo rectangular. </li><li> Dibuje un disco en la superficie superior del cubo para definir una característica rebajada circular para cubrir y sostener el tipo anillo de PZT. </li><li> Definir un orificio central para tener un acceso óptico para ambos de imágenes en tiempo real y de captura. </li><li> Definir una guía circular a lo largo del borde del orificio central para insertar un anillo plano metálico (cobre) para concentrar la energía ultrasónica hacia la zona central como se muestra en la Figura 2 a. </li><li> Crear dos agujeros para tornillos M6 sobre el soporte de PZT para ser ensamblado con una placa de fondo (comprado, la placa inferior de aluminio de 4 mm de espesor con un agujero en el centro), como se muestra en la figura 2c y 2d. </li><li> De una manera similar, el diseño de un marco rectangular de la caja de la muestra. Haga clic en Croquis, y dibujar un rectángulo, extruir el rectángulo para que sea una caja rectangular. </li><li> Dibuje un rectángulo más pequeño en la superficie superior de la Rectangulacaja de r-extrusión y cortar el rectángulo para que sea como un tubo rectangular. </li><li> Dibujar un rectángulo más pequeño en la pared lateral del tubo y Extrusión de corte para transformarlo en el marco del cuadro recinto de la muestra. </li><li> Convertir estos modelos tridimensionales (3D) en un formato de archivo de estereolitografía (STL) para un proceso de impresión 3D (Figura 2b). </li></ol></li><li> La impresión en 3D de los objetos diseñados <ol><li> Abra el archivo de diseño ( &quot;-.STL&quot;) desde el software operativo de la impresora 3D. Coloque el objeto plano central 0 / .y el objeto en (0, 0, 0) haciendo clic en el objeto para seleccionarlo y utilizar las funciones de alineación: &quot;Mover&quot;, &quot;Sobre la plataforma&quot;, y &quot;Centro&quot;. Orientar el titular de PZT para hacer frente a los rasgos delicados hacia arriba. La superficie rebajada se enfrentará al alza. </li><li> En el menú ir a &quot;Configuración&quot; y la pestaña &quot;Calidad&quot;. Establecer los valores de impresión de la siguiente manera, Relleno: 100%, Número de cáscaras: 2, y la altura de capa: 0,2mm. </li><li> Una vista previa de los objetos para comprobar el tiempo total de impresión y asegúrese de que los objetos en capas se pueden imprimir si lo deseas. Exportar el archivo de impresión 3D en un formato &quot;.x3g&quot; y guardarlo para usar en la impresora 3D. </li><li> Encienda la impresora 3D y deje que se caliente hasta que la temperatura de la boquilla de extrusión alcanza una temperatura de funcionamiento, 230 ° C. Cargar el archivo de diseño de una tarjeta de memoria o unidad de red. </li><li> Durante el calentamiento, coloque la plataforma de construcción con cinta de pintor azul para ayudar a los objetos se adhieren firmemente. Como un material termoplástico para el trabajo de impresión, utilice un filamento de ácido poliláctico (PLA) para ambos objetos. </li><li> Imprimir los objetos diseñados. Una vez finalizado el trabajo de impresión, apague la impresora después de que se haya enfriado. </li><li> Separar el objeto impreso desde la plataforma usando un cincel. Enderezar los objetos impresos. Si la orientación se elige apropiadamente, el titular de PZT puede ser utilizado directamente sin más post-procesamiento. </li><li> for el recinto muestra, preparar un par de óxido de indio y estaño (ITO) cubreobjetos recubiertos y tres cubreobjetos de vidrio para cubrir el marco. Utilice un cortador de diamante para encajar el cubre al recinto. </li><li> Alambre de las dos placas conductoras paralelas utilizando una pintura de plata de secado rápido para el suministro de voltaje a través de dos placas. Pegue estas cinco ventanas en el recinto de la muestra usando un pegamento adhesivo instantáneo. NOTA: La un par de cubreobjetos recubiertos de ITO están instalados en el recinto de la muestra en paralelo (uno frente al otro) para proporcionar campo eléctrico uniforme y para generar movimiento balístico de la partícula cargada de forma natural a lo largo del campo eléctrico. Los tres cubreobjetos convencional cubrir el resto de las superficies de la muestra del recinto (arriba y otros dos lados) para proteger la partícula atrapada a partir del flujo de aire externo </li></ol></li></ol> 2. Carga trampa óptica de una micropartícula seleccionada <ol><li> preparación de la muestra <ol><li> Almacenar las micropartículas en unadesecador evacuado para reducir el contacto con la humedad del aire antes del experimento. </li><li> Vierta una pequeña porción de micropartículas en un portaobjetos de vidrio y de inmediato puso la botella de la fabricación de nuevo en el desecador. </li><li> Recoger algunas de las micropartículas con un tubo capilar de vidrio. Dispersar las partículas sobre el sustrato golpeando suavemente en el capilar mientras mantiene el capilar sobre el cubreobjetos. </li><li> Verificar la cantidad y distribución de las partículas depositadas sobre el sustrato utilizando un microscopio de campo oscuro. Nota: En la etapa de preparación de la muestra, la partícula se acaba dispersa en un cubreobjetos y fotografiada con un microscopio óptico para verificar disposición general antes de insertarlos (un cubreobjetos con micropartículas dispersas) entre el titular de PZT y PZT. Dado que la adhesión a la superficie es lo suficientemente fuerte como para mantener micropartículas individuales en el sustrato, las partículas adheridas se fijan firmemente a menos que se aplica una fuerza externa significativa. </li></ol&gt; </li><li> Ensamblaje lanzador piezoeléctrico <ol><li> Obtener todos los componentes del lanzador piezoeléctrico: la placa de fondo plano, película, el PZT, el cubreobjetos de vidrio, un anillo de cobre, el titular de PZT, dos tornillos M6, y el recinto de la muestra aislantes. </li><li> Aplicar una película delgada (o cinta) en la placa inferior para aislar el PZT. El cubreobjetos de vidrio aísla la parte superior de la pila. </li><li> Montar la pila centrando el PZT en la parte superior de la placa plana ahora aislado con cinta, seguido por el cubreobjetos, el anillo de cobre, y el soporte de PZT. Tornillo de la pila juntos manteniendo el centrado del PZT para evitar un cortocircuito en el PZT al titular si el titular está llevando a cabo como se muestra en la figura 2c y 2d. El anillo de cobre proporciona una precarga mecánica uniformemente distribuida en la pila para los titulares de PZT de plástico. </li><li> Por último, pegar el recinto de la muestra en la pila y montar el conjunto en una etapa de traslación XYZ en el microscopio. </li></ol></li><li> Configuración del lanzador PZT NOTA: La conducción del PZT con una señal de alta tensión tiene potenciales riesgos eléctricos. Por favor, consulte con personal de seguridad antes del experimento. Todas las conexiones eléctricas deben ser asegurados antes del experimento. Apague el amplificador y desconecte PZT conduce siempre que sea posible. <ol><li> Conectar el PZT conduce al amplificador de voltaje y conecte el generador de funciones a un puerto de entrada del amplificador de tensión. </li><li> Encienda el generador de funciones y configurarlo para generar ondas cuadradas continua con una tensión de salida de 1 V. No generar la señal de tensión hasta que todas las conexiones se verifican y asegurados. </li><li> Encienda el amplificador de tensión y generar la onda cuadrada de la tensión de salida de 1 V, permitiendo la salida. </li><li> Conectar el puerto de salida de control (tensión de salida 200 V) del amplificador a un osciloscopio. Configurar el amplificador a una ganancia de 200 V / V girando elganar mando en el panel frontal. Verificar que la tensión de salida de vigilancia tiene una amplitud de 1 V, medida por el osciloscopio. </li><li> Una vez que el generador de funciones y el amplificador se configuran, encontrar la frecuencia de resonancia del lanzador PZT mediante la exploración de la frecuencia de modulación de la señal de activación, mientras que las imágenes del microscopio de vídeo en tiempo real adheridas partículas. Repetir la exploración hasta que el movimiento de micropartículas es un máximo. Utilice esta frecuencia (64 kHz aquí) para liberar partículas. NOTA: La frecuencia de modulación se cambia manualmente (escaneado) de cero a 150 kHz para encontrar la frecuencia de resonancia. </li><li> Configurar el generador de funciones para generar una onda cuadrada con un número determinado de ciclos en el modo de ráfaga. Presione el botón de &quot;ráfaga&quot; en el panel frontal y seleccione &quot;N ciclo de la ráfaga&quot;. </li><li> Elija el recuento de salvas pulsando &quot;# Ciclos&quot; tecla de función y establecer el recuento a 10 o 20. </li><li> Configurar la forma de onda cuadrada para generar señales de tensión conuna amplitud de 600 V (tres veces el voltaje utilizado para la excitación continua) a la frecuencia de resonancia de 64 kHz que se ha encontrado en el paso anterior. Compruebe que la señal pulsante libera la partícula diana de manera repetible asegurando partículas se mueven después de cada pulso. </li></ol></li><li> Selectiva trampa óptica de carga NOTA: El conjunto lanzador PZT está instalado en una etapa xy traslación lineal manual. Las partículas pueden ser traducidos en relación con el enfoque de haz fijo moviendo la etapa de traslación. <ol><li> Retire el filtro de línea de láser para identificar el foco del haz de captura mediante la rotación de la torreta microscopio (Figura 3a). Mover el bloque de enfoque motorizado de ida y vuelta verticalmente alrededor del mejor enfoque de la imagen visible para optimizar el enfoque. </li><li> Una vez verificada la posición de enfoque, ponga el filtro de nuevo a darle un video en tiempo real claro sin interferencia del haz de atrapamiento. </li><li> Traducir la muestra apata una partícula seleccionado en la posición de enfoque del láser de captura. Centrarse en la partícula a la imagen del centro de una partícula seleccionado, lo que sitúa la posición de captura nominal por debajo del centro de las partículas en alrededor de un medio de radio, dejando la posición de levitación por encima de la partícula. </li><li> Ajustar la fuente de alimentación conectada al conductor electro-óptico modulador (MOE) para ajustar la potencia de captura óptico. La potencia óptima depende del tamaño de las partículas y material. Se encontró que la potencia óptica a través de pruebas repetidas para determinar la potencia suficiente para hacer levitar la partícula sin expulsar desde el haz. A continuación, utilice una potencia óptica de 140 mW en el plano focal del objetivo para atrapar las partículas de 20 micras de diámetro de poliestireno (PS). </li><li> Después de que el centro de la partícula seleccionada está alineado, accionar el lanzador piezoeléctrico con varios pulsos. El cambio de la imagen de partícula de una imagen enfocada estática a una imagen borrosa en movimiento indica la carga satisfactoria de la levsanea- posición. </li><li> Traducir la partícula levitado verticalmente alrededor de un milímetro por encima del sustrato moviendo la lente objetivo para evitar que las posibles interacciones de superficie. A continuación, reducir la potencia óptica para la transición de la partícula de levitación (figura 3b) a la posición nominal de captura (Figura 3c), que es más estable. NOTA: la potencia óptica de láser de captura puede ser modulada por un modulador electro-óptico (MOE). La MOE regula la potencia de salida con una tensión de polarización suministrada a través de una fuente de alimentación digital. Se puede observar la transición de la levitación en la captura de posición a través de la CCD, mientras que reduce lentamente la potencia óptica. </li><li> Para la medición de la posición, como se representa en la Figura 3c a 3D, mover con cuidado el centro del soporte PZT al eje óptico y luego mover la lente objetivo hacia arriba (verticalmente) para traducir la partícula en el medio del recinto de la muestra (9 mm por encima de la substrate) donde se reduce al mínimo el campo eléctrico franja. </li><li> Después de realizar la medición tal como se describe a continuación, colocar la partícula sobre el sustrato moviendo el objetivo hacia abajo hasta que la partícula toca el sustrato. Dado que la mayoría de las partículas se aplican cerca de las esquinas, la partícula atrapada se puede reconocer fácilmente y re-atrapado cuando se coloca en la zona central. Esto permite reversible trampa de carga para medir los cambios que se producen más allá de un único evento de captura tales como las interacciones de contacto de la partícula y el sustrato. </li></ol></li></ol> 3. Adquisición de Datos <ol><li> Alinear el condensador y la lente de enfoque para maximizar la &quot;suma&quot; de la señal QPD con una partícula en la trampa. </li><li> Alinear la lente de enfoque para poner a cero nominalmente los canales X e Y de la QPD, como se muestra en la Figura 4c. </li><li> Repetir el ajuste del condensador y la lente de enfoque hasta que las señales de posición Fourier transformadas (o la densidad del espectro de potencia<html> (PSD) parcelas) de la X e Y se superponen canales para mostrar la sensibilidad equilibrada. Señales QPD correctamente alineados (X e Y) muestran un comportamiento casi idéntico, como se muestra en la Figura 4b. </li><li> Una vez que se verifica la alineación QPD, conectar el amplificador de tensión a las dos placas de ITO. Conectar la señal de salida de monitorización de tensión del amplificador al sistema de adquisición de datos para registrar la señal de paso de excitación y la trayectoria de la partícula inducida de forma sincrónica. </li><li> Suministro de una onda cuadrada continua de 400 V para generar un campo eléctrico (Figura 4d) que se mueve la partícula transversalmente al eje óptico en alrededor de 500 nm (Figura 4e). Medir la respuesta de paso de la partícula atrapada mediante el QPD. </li><li> Promedio de varios períodos que sean necesarias para reducir los efectos del movimiento browniano. El movimiento inducido puede ser usado para medir la fuerza óptica sobre una gama más amplia de movimiento que el de las fluctuaciones térmicas. 12,ef &quot;&gt; 17 Figura 4d y 4e muestra un promedio de señales de tensión aplicada y la trayectoria de la partícula inducida por más de 50 iteraciones de excitación paso. </li></ol>

<ol>
	<li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acceleration+and+Trapping+of+Particles+by+Radiation+Pressure.">Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 24 (4), 156-159 (1970).</li><li>Gieseler, J., Novotny, L., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+nonlinearities+in+a+nanomechanical+oscillator.">Thermal nonlinearities in a nanomechanical oscillator.</a> Nat. Phys. 9 (12), 806-810 (2013).</li><li>Gieseler, J., Deutsch, B., Quidant, R., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subkelvin+Parametric+Feedback+Cooling+of+a+Laser-Trapped+Nanoparticle.">Subkelvin Parametric Feedback Cooling of a Laser-Trapped Nanoparticle.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (10), 103603 (2012).</li><li>Chang, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cavity+opto-mechanics+using+an+optically+levitated+nanosphere.">Cavity opto-mechanics using an optically levitated nanosphere.</a> Proc. Natl. Acad. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Applications+of+Optical+Forces.">Biological Applications of Optical Forces.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23 (1), 247-285 (1994).</li><li>Mehta, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Molecule+Biomechanics+with+Optical+Methods.">Single-Molecule Biomechanics with Optical Methods.</a> Science. 283 (5408), 1689-1695 (1999).</li><li>Arvanitaki, A., Geraci, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+High-Frequency+Gravitational+Waves+with+Optically+Levitated+Sensors.">Detecting High-Frequency Gravitational Waves with Optically Levitated Sensors.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (7), 071105 (2013).</li><li>Moore, D. C., Rider, A. D., Gratta, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Search+for+Millicharged+Particles+Using+Optically+Levitated+Microspheres.">Search for Millicharged Particles Using Optically Levitated Microspheres.</a> Phys. Rev. Lett. 113 (25), 251801 (2014).</li><li>Li, T., Kheifets, S., Medellin, D., Raizen, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+instantaneous+velocity+of+a+Brownian+particle.">Measurement of the instantaneous velocity of a Brownian particle.</a> Science. 328 (5986), 1673-1675 (2010).</li><li>Park, H., LeBrun, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parametric+Force+Analysis+for+Measurement+of+Arbitrary+Optical+Forces+on+Particles+Trapped+in+Air+or+Vacuum.">Parametric Force Analysis for Measurement of Arbitrary Optical Forces on Particles Trapped in Air or Vacuum.</a> ACS Photonics. 2 (10), 1451-1459 (2015).</li><li>Summers, M. D., Burnham, D. R., McGloin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+solid+aerosols+with+optical+tweezers:+A+comparison+between+gas+and+liquid+phase+optical+traps.">Trapping solid aerosols with optical tweezers: A comparison between gas and liquid phase optical traps.</a> Opt. Express. 16 (11), 7739-7747 (2008).</li><li>Anand, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerosol+droplet+optical+trap+loading+using+surface+acoustic+wave+nebulization.">Aerosol droplet optical trap loading using surface acoustic wave nebulization.</a> Opt. Express. 21 (25), 30148-30155 (2013).</li><li>Lee, W. M., Reece, P. J., Marchington, R. F., Metzger, N. K., Dholakia, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+and+calibration+of+an+optical+trap+on+a+fluorescence+optical+microscope.">Construction and calibration of an optical trap on a fluorescence optical microscope.</a> Nat. 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Interfaces. 6 (5), 3325-3330 (2014).</li><li>Park, H., LeBrun, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+accumulation+of+electric+charge+on+a+single+dielectric+particle+trapped+in+air.">Measurement and accumulation of electric charge on a single dielectric particle trapped in air.</a> SPIE OPTO. 9764, (2016).</li></ol>

The authors declare no competing financial interest.

El lanzador piezoeléctrico está diseñado para optimizar el rendimiento dinámico de un PZT seleccionado. La selección adecuada de materiales y gestión de las vibraciones ultrasónicas PZT son los pasos clave para dar un experimento exitoso. PZT tienen diferentes características dependiendo del tipo de transductor (mayor o apilados) y materiales de los componentes (duras o blandas). A PZT tipo mayor hecho de un material piezoeléctrico duro se elige por las siguientes razones. En primer lugar, los materiales piezoe...

Ashkin informó la aceleración y la captura de micropartículas por la presión de radiación en 1970. 1 Su novela logro promovido el desarrollo de técnicas de captura óptica como una herramienta primaria para los estudios fundamentales de la física y biofísica. 2, 3, 4, 5 Hasta la fecha, la aplicación de captura óptica se ha centrado principalmente en los ambientes líquidos, y han utilizado para estudiar una gama muy amplia de los sistemas, a partir del comportamiento de los coloides a las propiedades mecánicas de biomoléculas individuales. 6, 7, 8 Aplicación de atrapamiento óptico para medios gaseosos, sin embargo, requiere la resolución de varios nuevos problemas técnicos. Recientemente, las trampas ópticas en el aire / vacío se ha aplicado cada vez más en la investigación fundamental. Desde Levi ópticastación potencialmente proporciona un aislamiento casi completo de un sistema del medio ambiente circundante, la partícula ópticamente levitado se convierte en un laboratorio ideal para el estudio de estados fundamentales cuántica en objetos pequeños, 4 ondas gravitacionales de alta frecuencia de medición, 9 y la búsqueda de la carga fraccionada. 10 Por otra parte, la baja viscosidad del aire / vacío permite usar la inercia para medir la velocidad instantánea de una partícula browniano 11 y para crear un movimiento balístico en un amplio rango de movimiento más allá de la régimen lineal primaveral. 12 Por lo tanto, la información y las prácticas de trampas ópticas en medios gaseosos técnica detallada se han vuelto más valioso para la comunidad de investigación más amplio. Se requieren nuevas técnicas experimentales para cargar nano / micropartículas en trampas ópticas en medios gaseosos. Un transductor piezoeléctrico (PZT), un dispositivo que convierte electric energía en energía mecano-acústico, se ha utilizado para suministrar partículas pequeñas en las trampas ópticas en el aire / vacío 5, 12 desde la primera demostración de levitación óptica. 1 Desde entonces, se han propuesto varias técnicas de carga para cargar las partículas más pequeñas utilizando aerosoles volátiles generados por un nebulizador comercial 13 o un generador de ondas acústicas. 14 Los aerosoles flotantes con inclusiones sólidas (partículas) pasan al azar cerca del foco y se encuentran atrapados por casualidad. Una vez que está atrapado el aerosol, el disolvente se evapora y la partícula permanece en la trampa óptica. Sin embargo, estos métodos no son muy adecuados para identificar las partículas deseadas de dentro de una muestra, la carga de una partícula seleccionado y realizar un seguimiento de sus cambios si se libera de la trampa. Este protocolo está destinado a proporcionar detalles a nuevos practicantes en selectiva trampa de carga óptica en el aire, incluyendo el experimentoal configuración, la fabricación de un soporte de PZT y el recinto de la muestra, trampa de carga, y la adquisición de datos asociada con el análisis de movimiento de las partículas en los dominios de frecuencia y de tiempo. Los protocolos para atrapar en medios líquidos también han sido publicados. 15, 16 La configuración experimental global se desarrolla en un microscopio óptico invertido comercial. La figura 1 muestra un diagrama esquemático de la configuración utilizada para demostrar pasos de la trampa óptica selectiva de carga: liberar las micropartículas de descanso, el levantamiento de la partícula elegido con el haz enfocado, la medición de su movimiento y de colocarla sobre el sustrato nuevo. En primer lugar, las etapas de traslación (transversales y verticales) se utilizan para llevar una micropartícula seleccionada sobre el sustrato con el enfoque de un láser de captura (longitud de onda 1.064 nm) enfocada por una lente de objetivo (infrarrojo cercano corregidos objetivo distancia de trabajo larga: NA 0,4, magnificación 20X, d trabajarIstance 20 mm) a través del sustrato transparente. Entonces, un lanzador piezoeléctrico (un pre-cargado mecánicamente en forma de anillo PZT) genera vibraciones ultrasónicas para romper la adherencia entre micropartículas y un sustrato. Por lo tanto, cualquier partícula liberado puede ser levantada por la trampa láser gradiente de un solo haz enfocado sobre la partícula seleccionada. Una vez que se atrapa la partícula, se traduce en el centro de la carcasa muestra que contiene dos placas conductoras paralelas para la excitación electrostática. Finalmente, un sistema de adquisición de datos (DAQ) registra simultáneamente el movimiento de las partículas, capturada por un fotodetector de células cuadrante (QPD), y el campo eléctrico aplicado. Después de terminar la medición, la partícula se coloca de forma controlable sobre el sustrato de manera que puede ser atrapado de nuevo de una manera reversible. Este proceso en general puede repetirse cientos de veces sin pérdida de partículas para medir los cambios, como la electrificación de contacto que ocurren durante varios ciclos de captura. Por favor refiérase a nuestro reciente artículo Fo detalles. 12

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1124">
	<tbody>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">ScotchBlue Painter&#39;s Tape Original</td>
			<td style="width:177px;">3M</td>
			<td style="width:216px;">3M2090</td>
			<td style="width:413px;"></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Scotch 810 Magic Tape</td>
			<td style="width:177px;">3M</td>
			<td style="width:216px;">3M810</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Function/Arbitrary Waveform generator</td>
			<td style="width:177px;">Agilent</td>
			<td style="width:216px;">HP33250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Power supply/Digital voltage supplier</td>
			<td style="width:177px;">Agilent</td>
			<td style="width:216px;">E3634A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Ring-type piezoelectric transducer</td>
			<td style="width:177px;">American Piezo Company</td>
			<td style="width:216px;">item91</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Electro-optic modulator</td>
			<td style="width:177px;">Con-Optics</td>
			<td style="width:216px;">350&#8722;80-LA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Amplifier for Electro-optic modulator</td>
			<td style="width:177px;">Con-Optics</td>
			<td style="width:216px;">302RM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">Mitutoyo NIR infinity Corrected Objective</td>
			<td style="width:177px;">Edmund optics</td>
			<td style="width:216px;">46-404</td>
			<td>Manufactured by Mitutoyo and Distributed by Edmund optics</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:319px;">LOCTITE SUPER GLUE LONGNECK BOTTLE</td>
			<td style="width:177px;">Loctite</td>
			<td style="width:216px;">230992</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;">3D printer</td>
			<td style="width:177px;">MakerBot</td>
			<td style="width:216px;">Replicator 2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polylactic acid (PLA) filament</td>
			<td style="width:177px;">MakerBot</td>
			<td style="width:216px;">True Red PLA Small Spool</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Data Acquisition system</td>
			<td style="width:177px;">National Instruments</td>
			<td style="width:216px;">780114-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Quadrant-cell photodetector</td>
			<td style="width:177px;">Newport</td>
			<td style="width:216px;">2031</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Translational stage</td>
			<td style="width:177px;">Newport</td>
			<td style="width:216px;">562-XYZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Inverted optical microscope</td>
			<td style="width:177px;">Nikon Instruments</td>
			<td style="width:216px;">EclipsTE2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Fluorescence filter (green)</td>
			<td style="width:177px;">Nikon Instruments</td>
			<td style="width:216px;">G-2B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Flea3/CCD camera</td>
			<td style="width:177px;">Point Grey</td>
			<td style="width:216px;">FL3-U3-13S2M-CS</td>
			<td>Trapping laser</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:319px;">Diode pumped neodymium yttrium vanadate(Nd:YVO4)</td>
			<td style="width:177px;">Spectra Physics</td>
			<td style="width:216px;">J20I-8S-12K/ BL-106C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Indium tin oxide (ITO) Coated coverslips</td>
			<td style="width:177px;">SPI supplies</td>
			<td style="width:216px;">06463B-AB</td>
			<td>Polystyrene microparticles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Fast Drying Silver Paint</td>
			<td style="width:177px;">Tedpella</td>
			<td style="width:216px;">16040-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Dri-Cal size standards</td>
			<td style="width:177px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:216px;">DC-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Optical Fiber</td>
			<td style="width:177px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:216px;">P1&#8722;1064PM-FC-5</td>
			<td>bottom plate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Aluminium plate&#160;</td>
			<td style="width:177px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:216px;">CP4S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">High voltage power amplifier</td>
			<td style="width:177px;">TREK</td>
			<td style="width:216px;">PZD700A M/S</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optical trap loading of dielectric microparticles in air

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.

El lanzador PZT está diseñado usando un paquete de software CAD. Aquí, nosotros usamos una estructura de emparedado simple para la precarga (a PZT sujeta con dos placas), como se muestra en la Figura 2. El titular de PZT y el recinto de la muestra se puede fabricar de una variedad de materiales y métodos. Para una rápida demostración, elegimos la impresión en 3D con termoplástico como se ilustra en la Figura 2d. Sobre la base de ...

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Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

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

Cargando óptica Trampa de micropartículas en dieléctrica del aire

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

9.0K vistas.  National Institute of Standards and Technology. A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Video: Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

Construcción y verificación de las células de la moneda de baterías de ion de litio

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Investigación

Ingeniería

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

Los metamateriales Fabricacion mediante el método de dibujo de fibra

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

Trampas ópticas de las nanopartículas

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for synthesizing nanoscopic VB2 is presented as well as step-by-step procedure for applying a zirconium oxide coating to the VB2 particles for stabilization upon discharge. The process for disassembling existing zinc/air cells is shown, in addition construction of the new working electrode to replace the conventional zinc/air cell anode with a the nanoscopic VB2 anode. Finally, discharge of the completed VB2/air battery is reported. We show that using the zinc/air cell as a test bed is useful to provide a consistent configuration to study the performance of the high-energy high capacity nanoscopic VB2 anode.

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A protocol is presented to study multi-electron metal/air battery systems by using previous technology developed for the zinc/air cell. Electrochemical testing is then performed on fabricated batteries to evaluate performance.

Fabricación de VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Células aire para verificar Electroquímica

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

La Preparación de electrohidrodinámicos Puentes de Polar dieléctricas Líquidos

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

La escritura de Bragg en fibras Multicore

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Proceso de fabricación de elastómeros dieléctricos actuadores basados ​​en silicona

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

La medición de interferencia cuántica en una fuente de silicio resonador de anillo de fotones

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

Fabricación de microesferas de polímero para aplicaciones de resonador óptico y láser

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Application of Design Aspects in Uniaxial Loading Machine Development

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be cost-prohibitive, often priced in the $100,000 - $200,000 price range. At the other extreme are stand-alone manual devices that often lack repeatability and accuracy (e.g., a manual crank device). However, if a single use is indicated, it is over-engineering to design and machine something overly elaborate. Nonetheless, there are occasions where machines are designed and built in-house to accomplish a motion not attainable with the existing machines in the laboratory. Described in detail here is one such device. It is a loading platform that enables pure uniaxial loading. Standard loading machines typically are biaxial in that linear loading occurs along the axis and rotary loading occurs about the axis. During testing with these machines, a load is applied to one end of the specimen while the other end remains fixed. These systems are not capable of conducting pure axial testing in which tension/compression is applied equally to the specimen ends. The platform developed in this paper enables the equal and opposite loading of specimens. While it can be used for compression, here the focus is on its use in pure tensile loading. The device incorporates commercial load cells and actuators (movers) and, as is the case with machines built in-house, a frame is machined to hold the commercial parts and fixtures for testing.

Here we present a protocol to develop a pure uniaxial loading machine. Critical design aspects are employed to ensure accurate and reproducible testing results.

Aplicación de aspectos de diseño en el desarrollo de la máquina de carga Uniaxial

In terms of accurate and precise mechanical testing, machines run the continuum. Whereas commercial platforms offer excellent accuracy, they can be ...