אנחנו רוצים גם להודות Xiaoyu מיאו ובן וילסון לפיתוח רוב השיטות המתוארות מבפנים. עבודה זו מומנה על ידי הקרן הלאומית למדע (DBI 0454324) לבין המכון הלאומי לבריאות (R21 EB005183) ועל ידי PHS NRSA T32 GM07270 מ NIGMS אל אק.

1. Random Array Au Nanoparticle ייצור 8,10,12,14 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערך nanoparticle Au נוצר על ידי הראשון ביצירת תבנית כי הוא עשוי שכבה צפופה של תחומים לטקס adsorbed אקראי עם קוטר ממוצע של 454 ננומטר. זו מושגת על ידי זהב מתאדים הראשון coverslip זכוכית בעובי של 20 ננומטר באמצעות כרום כמו שכבת הדבקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Monolayer כדור קלקר לאחר מכן עצמית התאספו ידי חשיפת המצע מצופה זהב כדי בתערובת של 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) hydrochloride carbodiimide (EDC), השעיה לטקס כדור ו-de מים מיוננים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תהליך ספיחה מותר להימשך כשעה ואת התחומים שאינם נספגים נשטפים עם כמות בשפע של מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Monolayer יצרו מותר אוויר יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, עוד 20 ננומטר של זהב הוא התאדה על monolayer התחום לטקס כדי ליצור את מערך אקראי nanoparticle זהב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם SEM זמין, מערך AuNP ניתן לראות תחת SEM להיראות כמו איור 1 ו - תרשים של התהליך מוצג באיור 8. </li></ol> 2. לדוגמא הכנה ביולוגית 9,11 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת המדגם עבור גרעינים השמנה אופטית תא העכבר מוצג עכשיו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכבר 3T3 תא גרעינים מתוייגים עם Acridine אורנג&#39; צבע התקבלו הקבוצה Tewari על פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 10% שור סרום אלבומין (BSA) ב פוספט בופר סליין (PBS) מתווסף גרעינים העכבר בתא בריכוז של כ 1: 10 (BSA: תא גרעינים עכבר). BSA מסייעת במניעת גרעינים יידבקו אל המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הפתרון באמצעות sonication. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 5 UL של הפתרון שלנו מופקד על גבי סריג coverslip אלומיניום המערך. עדיף לבצע שלב זה עם סבכת אלומיניום על הבמה מיקרוסקופ, כך שאתה לא צריך להעביר את המדגם אחרי הפתרון מופקד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שתי ערימות של שני 1 &quot;על ידי 1&quot; coverslips משמשים לתמיכה coverslip fifth שדרכו מדגם מוצג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את המדגם מתחת למיקרוסקופ לצפייה. </li></ol> 3. שיטת לכידה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פינצטה אופטית נבנים על ידי משלוח 35 mW לייזר הליום ניאון דרך Axio Zeiss Imager.D1M מצויד להגדיר GFP 17 מסנן שהוא שונה, כדי לאפשר 633 ננומטר קרינת לייזר להגיע המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> LD Zeiss EC Epiplan - אובייקטיבי NEOFLUAR 50x משמש התמונה גרעיני תאים שהם כ 5 מיקרון קוטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי המדגם ממוקם תחת המטרה, הדגש מיקרוסקופ במערך זהב nanoparticle או סריג עקיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרגם מיקרוסקופ אנכית עד להתמקד מושגת על הגרעינים שבו אתם רוצים ללכוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייזר מיקום מלכודת נקודה על פני החלקיקים ואת החלקיקים אז צריך לשמור על מעמדה במקום לייזר גם כאשר השלב מתורגם. </li></ol> 4. נציג תוצאות: Nanoparticle אקראי זהב מערך נהלים צריכה להפקיד monolayer של AuNP זה ניתן לראות תחת SEM להיראות כמו באיור 1. הכוח השמנה שנוצרו על ידי אלה פינצטה plasmonic יכול להיות 10-20 פעמים את הכוח שנוצר על ידי פינצטה אופטית רגילה. עוצמות המינימום הנדרש על ידי פינצטה plasmonic להשיג ריתוק החלקיקים מוצגים עבור חלקיקים בגדלים שונים באיור 4. 9,10 סריג עקיפה להשיג יישור השמנה עם יעילות 20 פעמים השמנה גבוה יותר nanodots זהב יכול להשיג השמנה עם מעט כמו UW 17 / אממ 2 (איור 7). 11 <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> איור 1 10 (א) מיקרוסקופ SEM של עצמית התאספו חלקיקי זהב. הקוטר של חלקיקי זהב הפרט הוא כ 450 ננומטר. (ב) NSOM תמונה של המצע plasmonic שבו הפצה nanoparticle דלילה, מראה את הקרינה שדה ליד. אורך הגל של הלייזר הוא עירור 633 ננומטר. (ג) הגדלה להציג גבוהה של האזור המסומן עם הכיכר האדומה (ב). (ד) יעילות פיזור ספקטרום של המצע plasmonic, מראה את השיא ב 624 ננומטר. (ה) יעילות קליטת ספקטרום של המצע plasmonic, מראה את השיא ב 668 ננומטר. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> איור 2 13 (א) Au nanospheres המופצים באופן אקראי בתחום 2D 1 x 1 2 מיקרומטר. כל נקודה כחולה לייצג את מרכז nanosphere (א = 60 ננומטר). הפצות בתחום פיזור על מטוסי תצפית אשר במקביל למערך nanosphere אקראי מוצגים (ב) - (ה). מערך nanosphere מואר באופן אחיד על ידי גל מטוס באורך גל של 540 ננומטר. מקדם השבירה של סביב המדיום הוא 1.33. פולהrization הכיוון של הגל נקודות המטוס לאורך ציר ה-X (אופקי (א)). גודלו של השדה החשמלי האירוע ההנחה היא להיות 1 בחישוב. ההפרדה בין מטוס התצפית ואת מערך nanosphere מוגדר ח ב) h =. ג) h = 2a. ד) h = λ. ה) h = 2λ. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> איור 3 9 סכמטי של תצורת אישית מיקרוסקופ פלואורסצנטי כולל פילטר עירור עקף ו dichroic החליף הקורה ספליטר. זוהי תצורה להשתמש בהם ללכידה סימולטני דימות פלואורסצנטי. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> איור 4 10 מינימום לייזר בעוצמה לשמור על מלכודת כפונקציה של קצב הזרימה של נוזל סביב ניצול השמנה plasmonic. כל עוצמות האופטי נמדד המטוס מדגם תחת המטרה מיקרוסקופ. (א) - (ו) מראים את תוצאות המדידה של חרוזי פוליסטירן יחיד עם 7.3 קוטר, 6.3 (לא כדוריים), 5.0, 3.9, 2.5 ו - 1.1 מיקרומטר, בהתאמה. ריבועי להראות תמונות מיקרוסקופיות המקביל של חלקיקים. ברים בקנה מידה לייצג את כל התמונות 5 מיקרומטר באורכו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> איור 5 10 השיפוע של הקו מצויד דרך המוצא באיור. 4 לעומת גודל החלקיקים עבור השמנה plasmonic. ברים שגיאה להראות את סטיות התקן של מתאים ליניארי. השיפוע של הקו מצויד (היחס בין סף העוצמה האופטית קצב הזרימה) באיור. 4 יש קשר ליניארי כ עם גודל החלקיקים כפי שמוצג באיור הזה, המציין את היתרון של השמנה plasmonic במיוחד עבור חלקיקים קטנים. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> איור 6 11 (א) ציור סכמטי של השמנה אופטי משופר ניצול ננו תקופתיים 1-D. קרן האירוע הוא diffracted ידי nanostructure המחזורית בשדה רחוק. (ב) חלוקת עוצמת האור עם nanostructure two polarizations אורתוגונליים בשדה רחוק. (ב) חלוקת עוצמת האור עם שני polarizations אורתוגונליים על פני השטח של סבכת אלומיניום עם תקופת 417 ננומטר שהושגו באמצעות סימולציות FDTD. ההפצה היא מנורמל לעוצמת על משטח אלומיניום שטוח. (ג) ו - (ד) פוטנציאל השמנה עבור חלקיקים ישירות מעל פני השטח צורמת לעומת מיקומו של החלקיק עבור פוליסטירן (ג) 350 ננומטר חרוז (ד) פוליסטירן 1 מיקרומטר חרוז. עיגולים לבנים להמחיש את סדרי הגודל של חלקיקים. ריבועי להראות את הפוטנציאל השמנה מעל משטח אלומיניום שטוח גודל החלקיקים זהה השוואות. הערכים הם מנורמל לכל גודל החלקיקים. כל הדמויות סימולציה FDTD את שדה הראיה הוא 10 x 8 מיקרומטר 2. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> איור 7 11 (א) יעילות מלכודת ועוצמת השמנה מינימום נמדד חרוזים קלקר בגדלים שונים עם קרן קיטוב בניצב לקווי הסורג. הבלעה מלכודת מראה אסימטריה יעילות השמנה לתרגום הניצב 3.87 פוליסטירן אממ במקביל חרוז לכללי הסורג. קו מוצק (גדול אסימטריה) מתקבל עם אור מקוטב בניצב האירוע אל הסורג, ואת קו מקף (קטן אסימטריה) מתקבל עם מקבילים התקרית אור מקוטב אל הסורג. היחידה היא (PN [mW / מיקרומטר 2] -1). (ב) - (ד) הפגנה השמנה של ניאון 590 ננומטר חרוז קלקר. העיגול האדום מציין את המיקום של כתם הלייזר כמו אור הלייזר היה חלש מכדי להיראות. בהתחלה החלקיק הוא לכוד בתוך המקום בהספק גבוה יותר, כמו החשמל הורידה את התנועה הבראונית של החלקיקים מתגבר על כוח השמנה, המאפשר החלקיקים לברוח. (ה) - (ז) הפגנה השמנה של גרעין התא סרטן השחלות פלורסנט. עוצמת המינימום הנדרש כדי ליזום השמנה היה μW 16 / 2 מיקרומטר שהושגו באמצעות עדשה 20x אובייקטיבי. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> איור 8 14 הליך ייצור של כובע בצורת חלקיקי זהב: אידוי) שכבת Cr ו - Au הדק על coverslip הזכוכית. ב) חשיפה ההשעיה פוליסטירן כדור ו ספיחה של תחומים לשעה 1. ג) הסרת אי - adsorbed תחומי פוליסטירן וייבוש של פני השטח. ד) אידוי של שכבה נוספת של Au על גבי הכדורים בתבנית. ה) סכמטי של המערך Au כובע בצורת nanoparticle, שם Au מכסה רק את הצד העליון של הספירות התבנית.

<ol>
	<li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanics of Particles. , (1995).</li><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=Optical+trapping+and+manipulation+of+neutral+particles+using+lasers.">Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 4853-4853 (1997).</li><li>Neuman, K. C., Chadd, E. H., Liou, G. F., Bergman, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+photodamage+to+Escherichia+coli+in+optical+traps.">Characterization of photodamage to Escherichia coli in optical traps.</a> Biophys. J. 77, 2856-2856 (1999).</li><li>Chiou, P. C., Ohta, A. T., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images.">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436, 370-370 (2005).</li><li>Hsu, H. Y., Ohta, A. T., Chiou, P. Y., Jamshidi, A., Nealea, S. L., Wua, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phototransistor-based+optoelectronic+tweezers+for+dynamic+cell+manipulation+in+cell+culture+media.">Phototransistor-based optoelectronic tweezers for dynamic cell manipulation in cell culture media.</a> Lab Chip. 10, 165-172 (2010).</li><li>Righini, M., Ghenuche, P. S., Cherukulappurath, V., Myroshnychenko, F. J., Garcia de Abajo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quidant+Nano-optical+Trapping+of+Rayleigh+Particles+Escherichia+coli+Bacteria+with+Resonant+Optical+Antennas.">Quidant Nano-optical Trapping of Rayleigh Particles Escherichia coli Bacteria with Resonant Optical Antennas.</a> Nano Letters. 9, 3387-3391 (2009).</li><li>Righini, M., Zelenina, A. S., Girard, C., 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=Parallel+and+Selective+Trapping+in+a+Patterned+Plasmonic+Landscape.">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nature Physics. 3, 477-480 (2007).</li><li>Miao, X., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+dielectrophoresis+force+and+torque+induced+by+localized+surface+plasmon+resonance+of+a+cap-shaped+Au+nanoparticle+array.">Large dielectrophoresis force and torque induced by localized surface plasmon resonance of a cap-shaped Au nanoparticle array.</a> Opt. Lett. 32, 295-297 (2007).</li><li>Wilson, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Manipulation of Nanoparticles and Biological Samples through Enhanced Optical Forces [dissertation]. , (2009).</li><li>Miao, X. Y., Wilson, B. K., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+manipulation+of+micron/submicron+sized+particles+and+biomolecules+through+plasmonics.">Optical manipulation of micron/submicron sized particles and biomolecules through plasmonics.</a> Optics Exp. 16, 13517-13525 (2008).</li><li>Wilson, B. K., Mentele, T., Bachar, S., Knouf, E., Bendoraite, A., Tewari, M., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructure-enhanced+laser+tweezers+for+efficient+trapping+and+alignment+of+particles.">Nanostructure-enhanced laser tweezers for efficient trapping and alignment of particles.</a> Optics. Exp. 18, 16005-16013 (2010).</li><li>Miao, X., Wilson, B. K., Cao, G., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+Rotation+of+Nanowires+Assisted+by+Surface+Plasmons.">Trapping and Rotation of Nanowires Assisted by Surface Plasmons.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 15, 1515-1520 (2009).</li><li>Miao, X. Y., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+manipulation+of+biological+particles+through+a+plasmonic+platform.">Trapping and manipulation of biological particles through a plasmonic platform.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 13, 1655-1662 (2007).</li><li>Miao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plasmonics for Micro/Nano Manipulation and Optofluidics [dissertation]. , (2008).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

המשמעות של שיטות אלה של השמנה היא שהם להפחית את עוצמת אופטי הכרחי השמנה מתמשכת ממקום בסדר גודל של 10 3 μW / 2 מיקרומטר למקום על סדר μW 10 / 2 מיקרומטר. 10,11 המגבלות על טכניקות אלו הם כי מערך nanoparticle זהב חוויות בעיות חימום שיש להתגבר עליו. כדי להתגבר על בע?...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> חומר שם </td><td> סוג </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> הערה </td></tr><tr><td> Axio מיקרוסקופ Imager </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> מיקרוסקופ המטרה </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Zeiss מצלמה מיקרוסקופ </td><td> AxioCam MRC </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> לייזר הליום ניאון </td><td> 35 mW </td><td> מחקר אלקטרו אופטיקה </td><td></td><td></td></tr><tr><td> משתנה מחליש </td><td> משתנה ברציפות ND </td><td> ThorLabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> להתאמת עוצמת המיקרוסקופ </td></tr><tr><td> Zeiss סינון הגדר </td><td> סנן הגדר # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> סנן הגדר # 17 </td></tr><tr><td> מיקרוסקופ שקופיות </td><td> 0.5 מ&quot;מ עובי </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> העכבר 3T3 תא גרעינים </td><td></td><td colspan="2"> פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן </td><td> כמו קר ככל האפשר Store </td></tr><tr><td> Acridine צבע כתום </td><td></td><td colspan="2"> פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן </td><td></td></tr><tr><td> שור סרום אלבומין </td><td> 1-10 קיצוב של PBS </td><td colspan="2"> פרד האצ&#39;ינסון לחקר הסרטן </td><td></td></tr><tr><td> 454 ננומטר פוליסטירן לטקס התחומים </td><td></td><td> Polysciences, Inc </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimide hydrochloride (EDC) </td><td> 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> זהב (להפקדה) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> רפלקטיבית עקיפה פסק צורמת </td><td></td><td> אדמונד אופטיקה </td><td></td><td></td></tr><tr><td> בופר פוספט (PBS) </td><td> Dulbecco של פוספט שנאגרו מלוחים (D-PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

utilization of plasmonic and photonic crystal nanostructures for enhanced micro- and nanoparticle manipulation

שיטה לתפעל את המיקום ואת הכיוון של חלקיקים submicron nondestructively יהיה כלי שימושי מאוד עבור מחקר ביולוגי בסיסי. אולי כוח פיזי הנפוצה ביותר להשיג מניפולציה לא פולשנית של חלקיקים קטנים כבר dielectrophoresis (DEP). 1 עם זאת, DEP בכוחות עצמה חסרה את צדדיות ודיוק כי הם הרצויה כאשר מניפולציה בתאי מאז זה נעשה באופן מסורתי עם אלקטרודות נייח. פינצטה אופטית, אשר מנצלים תלת מימדי שדה אלקטרומגנטי שיפוע מפעילים כוחות על חלקיקים קטנים, להשיג זאת צדדיות הרצוי דיוק. 2 עם זאת, החיסרון העיקרי של גישה זו היא עוצמת קרינה גבוהה הנדרש כדי להשיג את הכוח הדרוש כדי ללכוד חלקיק אשר עלולה לגרום נזק דגימות ביולוגיות 3 פתרון המאפשר לכידה ומיון עם עוצמות אופטיות נמוכות יותר אופטו פינצטה (OET) אבל זה OET יש מגבלות עם מניפולציה קנס של חלקיקים קטנים,.. להיות DEP מבוססי טכנולוגיה גם מכניס אילוץ על הנכס של הפתרון 4 , 5 מאמר זה יתאר וידאו שתי שיטות להקטין את עוצמת הקרינה הדרושה מניפולציה אופטית של תאים חיים וכן לתאר שיטה מלאה אוריינטציה. השיטה הראשונה היא פינצטה plasmonic אשר משתמשות זהב אקראי nanoparticle (AuNP) מערך כמו מצע למדגם כפי שמוצג באיור 1. מערך AuNP הופכת את הפוטון לתוך האירוע plasmons משטח מקומי (LSP) אשר מורכב של רגעים דיפול התהודה כי להקרין וליצור שדה קרינה בדוגמת עם שיפוע גדול פתרון התא. עבודה ראשונית על השמנה plasmon משטח משופרת על ידי Righini ואח&#39; דוגמנות שלנו הראו את השדות שנוצר על ידי המצע plasmonic להפחית את עוצמת הראשונית הנדרשת על ידי שיפור בתחום שיפוע כי מלכודות החלקיקים. 6,7,8 הגישה plasmonic מאפשר קנס התמצאות מלאה של חלקיקי תאים אליפסואידי עם עוצמות אופטי נמוך בשל המרת אנרגיה יעיל יותר אופטיים לאנרגיה מכנית שדה דיפול תלויי קרינה. שדות אלה מוצגים בתרשים 2 ואת עוצמות השמנה נמוך מפורטים נתוני 4 ו -5. הבעיות העיקריות עם פינצטה plasmonic הן כי LSP של לייצר כמות ניכרת של חום השמנה היא רק שני מימדי. חום זה יוצר זרמי הסעה ו thermophoresis אשר יכול להיות חזק מספיק כדי לגרש חלקיקים submicron מהמלכודת. 9,10 הגישה השנייה כי נתאר הוא ניצול ננו דיאלקטרי תקופתית לאור התקרית לפזר ביעילות רבה לתוך מצבי עקיפה, כפי שמוצג באיור 6 . 11 אידיאלי, אפשר היה להפוך את המבנה מתוך חומר דיאלקטרי, כדי למנוע את בעיות החימום באותו מנוסה עם פינצטה plasmonic אבל הגישה שלנו אלומיניום מצופה סריג עקיפה משמש nanostructure חד ממדיות דיאלקטרי תקופתיות. למרות זאת הוא לא מוליכים למחצה, זה לא ניסיון חימום משמעותי ביעילות לכודים חלקיקים קטנים עם השמנה בעוצמות נמוכות, כפי שמוצג באיור 7. המערך של חלקיקים עם המצע צורמת מושגית מאמת את ההנחה כי גביש 2-D פוטוניים עלולה לאפשר סיבוב מדויק של אי - כדורית חלקיקים בגודל מיקרון. 10 יעילות של אלה מלכודות אופטיות הם מוגברת בשל שדות משופר המיוצר על ידי ננו המתואר זה נייר.

Watch this Scientific Journal Video about Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation at JoVE.com

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

פינצטה Plasmonic ננו גבישים פוטוניים מוצגים לייצר שיפורים שימושיים בשליטה היעילות ואת האוריינטציה של אופטית השמנה מיקרו ו ננו חלקיקים.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

utilization-plasmonic-photonic-crystal-nanostructures-for-enhanced

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.2K Views.  University of Washington. פינצטה Plasmonic ננו גבישים פוטוניים מוצגים לייצר שיפורים שימושיים בשליטה היעילות ואת האוריינטציה של אופטית השמנה מיקרו ו ננו חלקיקים.

Video: Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical devices1-3. In this paper, we focus on one- (1D), two- (2D), and three-dimensional (3D) printing of conductive metallic inks in the form of flexible, stretchable, and spanning microelectrodes.
Direct-write assembly4,5 is a 1-to-3D printing technique that enables the fabrication of features ranging from simple lines to complex structures by the deposition of concentrated inks through fine nozzles (~0.1 - 250 &mu;m). This printing method consists of a computer-controlled 3-axis translation stage, an ink reservoir and nozzle, and 10x telescopic lens for visualization. Unlike inkjet printing, a droplet-based process, direct-write assembly involves the extrusion of ink filaments either in- or out-of-plane. The printed filaments typically conform to the nozzle size. Hence, microscale features (&lt; 1 &mu;m) can be patterned and assembled into larger arrays and multidimensional architectures.
In this paper, we first synthesize a highly concentrated silver nanoparticle ink for planar and 3D printing via direct-write assembly. Next, a standard protocol for printing microelectrodes in multidimensional motifs is demonstrated. Finally, applications of printed microelectrodes for electrically small antennas, solar cells, and light-emitting diodes are highlighted.

Planar and three-dimensional printing of conductive metallic inks is described. Our approach provides new avenues for fabricating printed electronic, optoelectronic, and biomedical devices in unusual layouts at the microscale.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently incorporated into film assemblies that serve as adsorption platforms for protein monolayer electrochemistry (PME). PME is utilized as the model system for studying electrochemical properties of redox proteins by confining them to an adsorption platform at a modified electrode, which also serves as a redox partner for electron transfer (ET) reactions. Studies have shown that gold nanoparticle film assemblies of this nature provide for a more homogeneous protein adsorption environment and promote ET without distance dependence compared to the more traditional systems modified with alkanethiol self-assembled monolayers (SAM).1-3 In this paper, MPCs functionalized with hexanethiolate ligands are synthesized using a modified Brust reaction4 and characterized with ultraviolet visible (UV-Vis) spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), and proton (1H) nuclear magnetic resonance (NMR). MPC films are assembled on SAM modified gold electrode interfaces by using a "dip cycle" method of alternating MPC layers and dithiol linking molecules. Film growth at gold electrode is tracked electrochemically by measuring changes to the double layer charging current of the system. Analogous films assembled on silane modified glass slides allow for optical monitoring of film growth and cross-sectional TEM analysis provides an estimated film thickness. During film assembly, manipulation of the MPC ligand protection as well as the interparticle linkage mechanism allow for networked films, that are readily adaptable, to interface with redox protein having different adsorption mechanism. For example, Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) can be adsorbed hydrophobically to dithiol-linked films of hexanethiolate MPCs and cytochrome c (cyt c) can be immobilized electrostatically at a carboxylic acid modified MPC interfacial layer. In this report, we focus on the film protocol for the AZ system exclusively. Investigations involving the adsorption of proteins on MPC modified synthetic platforms could further the understanding of interactions between biomolecules and man-made materials, and consequently aid the development of biosensor schemes, ET modeling systems, and synthetic biocompatible materials.5-8

Alkanethiolate stabilized gold colloids known as monolayer protected clusters (MPCs) are synthesized, characterized, and assembled into thin films as an adsorption interface for protein monolayer electrochemistry of simple redox protein like Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) and cytochrome c (cyt c).

סינתזה, הרכבה, אפיון monolayer מוגן סרטים Nanoparticle זהב עבור אלקטרוכימיה monolayer חלבון

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a technology for regenerative medicine2. Unlike viruses, which have significant safety issues, polymeric nanoparticles can be designed to be non-toxic, non-immunogenic, non-mutagenic, easier to synthesize, chemically versatile, capable of carrying larger nucleic acid cargo and biodegradable and/or environmentally responsive. Cationic polymers self-assemble with negatively charged DNA via electrostatic interaction to form complexes on the order of 100 nm that are commonly termed polymeric nanoparticles. Examples of biomaterials used to form nanoscale polycationic gene delivery nanoparticles include polylysine, polyphosphoesters, poly(amidoamines)s and polyethylenimine (PEI), which is a non-degradable off-the-shelf cationic polymer commonly used for nucleic acid delivery1,3 . Poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are a newer class of cationic polymers4 that are hydrolytically degradable5,6 and have been shown to be effective at gene delivery to hard-to-transfect cell types such as human retinal endothelial cells (HRECs)7, mouse mammary epithelial cells8, human brain cancer cells9 and macrovascular (human umbilical vein, HUVECs) endothelial cells10.
A new protocol to characterize polymeric nanoparticles utilizing nanoparticle tracking analysis (NTA) is described. In this approach, both the particle size distribution and the distribution of the number of plasmids per particle are obtained11. In addition, a high-throughput 96-well plate transfection assay for rapid screening of the transfection efficacy of polymeric nanoparticles is presented. In this protocol, poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are used as model polymers and human retinal endothelial cells (HRECs) are used as model human cells. This protocol can be easily adapted to evaluate any polymeric nanoparticle and any cell type of interest in a multi-well plate format.

A protocol for nanoparticle tracking analysis (NTA) and high-throughput flow cytometry to evaluate polymeric gene delivery nanoparticles is described. NTA is utilized to characterize the nanoparticle particle size distribution and the plasmid per particle distribution. High-throughput flow cytometry enables quantitative transfection efficacy evaluation for a library of gene delivery biomaterials.

הערכת משלוח גן פולימרית חלקיקים על ידי Nanoparticle מעקב ניתוח וזרימת cytometry תפוקה גבוהה

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to give an accurate velocity profile. A protocol is presented for &mu;PIV measurements of blood flows in microchannels. At the scale of the microcirculation, blood cannot be considered a homogeneous fluid, as it is a suspension of flexible particles suspended in plasma, a Newtonian fluid. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate can be derived from these measurements. Several key parameters such as focal depth, particle concentration, and system compliance, are presented in order to ensure accurate, useful data along with examples and representative results for various hematocrits and flow conditions.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows which are cross-correlated to give an accurate velocity profile. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate, each of which has clinical applications, can be derived from these measurements.

Velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים למדידות בפרופיל מהירות של מיקרו זורם דם

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

ECM Protein Nanofibers and Nanostructures Engineered Using Surface-initiated Assembly

The extracellular matrix (ECM) in tissues is synthesized and assembled by cells to form a 3D fibrillar, protein network with tightly regulated fiber diameter, composition and organization. In addition to providing structural support, the physical and chemical properties of the ECM play an important role in multiple cellular processes including adhesion, differentiation, and apoptosis. In vivo, the ECM is assembled by exposing cryptic self-assembly (fibrillogenesis) sites within proteins. This process varies for different proteins, but fibronectin (FN) fibrillogenesis is well-characterized and serves as a model system for cell-mediated ECM assembly. Specifically, cells use integrin receptors on the cell membrane to bind FN dimers and actomyosin-generated contractile forces to unfold and expose binding sites for assembly into insoluble fibers. This receptor-mediated process enables cells to assemble and organize the ECM from the cellular to tissue scales. Here, we present a method termed surface-initiated assembly (SIA), which recapitulates cell-mediated matrix assembly using protein-surface interactions to unfold ECM proteins and assemble them into insoluble fibers. First, ECM proteins are adsorbed onto a hydrophobic polydimethylsiloxane (PDMS) surface where they partially denature (unfold) and expose cryptic binding domains. The unfolded proteins are then transferred in well-defined micro- and nanopatterns through microcontact printing onto a thermally responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm) surface. Thermally-triggered dissolution of the PIPAAm leads to final assembly and release of insoluble ECM protein nanofibers and nanostructures with well-defined geometries. Complex architectures are possible by engineering defined patterns on the PDMS stamps used for microcontact printing. In addition to FN, the SIA process can be used with laminin, fibrinogen and collagens type I and IV to create multi-component ECM nanostructures. Thus, SIA can be used to engineer ECM protein-based materials with precise control over the protein composition, fiber geometry and scaffold architecture in order to recapitulate the structure and composition of the ECM in vivo.

A method to obtain nanofibers and complex nanostructures from single or multiple extracellular matrix proteins is described. This method uses protein-surface interactions to create free-standing protein-based materials with tunable composition and architecture for use in a variety of tissue engineering and biotechnology applications.

Nanofibers חלבון ECM ועצרת ביוזמת פני שטח באמצעות ננו תכנון הנדסי

The extracellular matrix (ECM) in tissues is synthesized and assembled by cells to form a 3D fibrillar, protein network with tightly regulated fiber ...

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and as soft robots. Here, we demonstrate the preparation of shape-responsive liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites along with characterization of their shape-responsiveness, mechanical properties, and microstructure. Two types of LCEs &#8212; polysiloxane-based and epoxy-based &#8212; are synthesized, aligned, and characterized. Polysiloxane-based LCEs are prepared through two crosslinking steps, the second under an applied load, resulting in monodomain LCEs. Polysiloxane LCE nanocomposites are prepared through the addition of conductive carbon black nanoparticles, both throughout the bulk of the LCE and to the LCE surface. Epoxy-based LCEs are prepared through a reversible esterification reaction. Epoxy-based LCEs are aligned through the application of a uniaxial load at elevated (160 &#176;C) temperatures. Aligned LCEs and LCE nanocomposites are characterized with respect to reversible strain, mechanical stiffness, and liquid crystal ordering using a combination of imaging, two-dimensional X-ray diffraction measurements, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis. LCEs and LCE nanocomposites can be stimulated with heat and/or electrical potential to controllably generate strains in cell culture media, and we demonstrate the application of LCEs as shape-responsive substrates for cell culture using a custom-made apparatus.

We demonstrate the preparation of siloxane-based and epoxy-based liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites. The LCEs are characterized with respect to reversible strain, liquid crystal ordering, and stiffness. As a potential application, we demonstrate their use as shape-responsive substrates in a custom device for active cell culture.

הכנת Monodomain Liquid Crystal אלסטומרים גביש נוזלי Nanocomposites אלסטומר

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and ...

Techniques for the Evolution of Robust Pentose-fermenting Yeast for Bioconversion of Lignocellulose to Ethanol

Lignocellulosic biomass is an abundant, renewable feedstock useful for production of fuel-grade ethanol and other bio-products. Pretreatment and enzyme saccharification processes release sugars that can be fermented by yeast. Traditional industrial yeasts do not ferment xylose (comprising up to 40% of plant sugars) and are not able to function in concentrated hydrolyzates. Concentrated hydrolyzates are needed to support economical ethanol recovery, but they are laden with toxic byproducts generated during pretreatment. While detoxification methods can render hydrolyzates fermentable, they are costly and generate waste disposal liabilities. Here, adaptive evolution and isolation techniques are described and demonstrated to yield derivatives of the native Scheffersomyces stipitis strain NRRL Y-7124 that are able to efficiently convert hydrolyzates to economically recoverable ethanol despite adverse culture conditions. Improved individuals are enriched in an evolving population using multiple selection pressures reliant on natural genetic diversity of the S. stipitis population and mutations induced by exposures to two diverse hydrolyzates, ethanol or UV radiation. Final evolution cultures are dilution plated to harvest predominant isolates, while intermediate populations, frozen in glycerol at various stages of evolution, are enriched on selective media using appropriate stress gradients to recover most promising isolates through dilution plating. Isolates are screened on various hydrolyzate types and ranked using a novel procedure involving dimensionless relative performance index (RPI) transformations of the xylose uptake rate and ethanol yield data. Using the RPI statistical parameter, an overall relative performance average is calculated to rank isolates based on multiple factors, including culture conditions (varying in nutrients and inhibitors) and kinetic characteristics. Through application of these techniques, derivatives of the parent strain had the following improved features in enzyme saccharified hydrolyzates at pH 5-6: reduced initial lag phase preceding growth, reduced diauxic lag during glucose-xylose transition, significantly enhanced fermentation rates, improved ethanol tolerance and accumulation to 40 g/L.

Adaptive evolution and isolation techniques are described and demonstrated to yield derivatives of Scheffersomyces stipitis strain NRRL Y-7124 that are able to rapidly consume hexose and pentose mixed sugars in enzyme saccharified undetoxified hydrolyzates and to accumulate over 40 g/L ethanol.

טכניקות האבולוציה של שמרי פנטוז-תוסס יציבים לשם bioconversion של lignocellulose כדי אתנול

Lignocellulosic biomass is an abundant, renewable feedstock useful for production of fuel-grade ethanol and other bio-products. Pretreatment and enzyme ...

Microfluidic Buffer Exchange for Interference-free Micro/Nanoparticle Cell Engineering

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic properties, enable bio imaging and control cell phenotype. A critical yet inadequately addressed issue is the significant number of particles that remain unbound after cell labeling which cannot be readily removed by conventional centrifugation. This leads to an increase in bio imaging background noise and can impart transformative effects onto neighboring non-target cells. In this protocol, we present an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy termed as Dean Flow Fractionation (DFF) to efficiently separate labeled cells from free NPs in a high throughput manner. The developed spiral microdevice facilitates continuous collection (&#62;90% cell recovery) of purified cells (THP-1 and MSCs) suspended in new buffer solution, while achieving &#62;95% depletion of unbound fluorescent dye or dye-loaded NPs (silica or PLGA). This single-step, size-based cell purification strategy enables high cell processing throughput (106 cells/min) and is highly useful for large-volume cell purification of micro/nanoparticle engineered cells to achieve interference-free clinical application.

This protocol describes the use of an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy to purify micro/nanoparticle engineered cells with efficient depletion of unbound particles.

Microfluidic מאגר Exchange להנדסת תאים ללא התערבות מיקרו / Nanoparticle

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic ...

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. Recently, nanoparticles (NPs) have shown significant promise in the development of such delivery systems. Here, a liquid crystal NP (LCNP)-based delivery system has been employed for the controlled delivery of a water-insoluble dye, 3,3&#8242;-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate (DiO), from within the NP core to the hydrophobic region of a plasma membrane bilayer. During the synthesis of the NPs, the dye was efficiently incorporated into the hydrophobic LCNP core, as confirmed by multiple spectroscopic analyses. Conjugation of a PEGylated cholesterol derivative to the NP surface (DiO-LCNP-PEG-Chol) enabled the binding of the dye-loaded NPs to the plasma membrane in HEK 293T/17 cells. Time-resolved laser scanning confocal microscopy and F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) imaging confirmed the passive efflux of DiO from the LCNP core and its insertion into the plasma membrane bilayer. Finally, the delivery of DiO as a LCNP-PEG-Chol attenuated the cytotoxicity of DiO; the NP form of DiO exhibited ~30-40% less toxicity compared to DiOfree delivered from bulk solution. This approach demonstrates the utility of the LCNP platform as an efficient modality for the membrane-specific delivery and modulation of hydrophobic molecular cargos.

A liquid crystal nanoparticle (LCNP) nanocarrier is exploited as a vehicle for the controlled delivery of a hydrophobic cargo to the plasma membrane of living cells.

משלוח הממברנה ממוקד על Encapsulated מטענים הידרופובי בנושאת Nanoparticle קריסטל נוזלת

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block co-polymers featuring cholesterol units as side-chain pendant groups, resulting in smectic-A (SmA) liquid crystal elastomers (LCEs). Foam-like scaffolds, prepared using metal templates, feature interconnected microchannels, making them suitable as 3D cell culture scaffolds. The combined properties of the regular structure of the metal foam and of the elastomer result in a 3D cell scaffold that promotes not only higher cell proliferation compared to conventional porous templated films, but also better management of mass transport (i.e., nutrients, gases, waste, etc.). The nature of the metal template allows for the easy manipulation of foam shapes (i.e., rolls or films) and for the preparation of scaffolds of different pore sizes for different cell studies while preserving the interconnected porous nature of the template. The etching process does not affect the chemistry of the elastomers, preserving their biocompatible and biodegradable nature. We show that these smectic LCEs, when grown for extensive time periods, enable the study of clinically relevant and complex tissue constructs while promoting the growth and proliferation of cells.

This study presents a methodology to prepare 3D, biodegradable, foam-like cell scaffolds based on biocompatible side-chain liquid crystal elastomers (LCEs). Confocal microscopy experiments show that foam-like LCEs allow for cell attachment, proliferation, and the spontaneous alignment of C2C12s myoblasts.

סינתזה של ביולוגית Liquid Crystal אלסטומר קצף כמו פיגומים Cell עבור תא תרבויות מרחבי 3D

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...