אנו מכירים Thorlabs לחסות פרסום זה ומימון ממדעי הטבע והנדסת מועצת המחקר (NSERC) של קנדה הגילוי גרנט. אנו מודים לרייס סיר ודאגלס Rennehan לסיוע ייצור בהתהוותו של מאמר זה וידאו.

העיקרון של טכניקת לכידת SIBA מודגם באיור 1. איור 2 הוא סכמטי של מערך הניסוי. 1. התקנה אופטית שמנה לסעיף זה של ההליך, מתייחס לערכת ההשמנה האופטית 9 ידניים או מדידת כוח מודול הידני האופטית 10 לפרטים על הגדרת הערכות. שים לב שphotodiode מפולת (APD) משמש במקום גלאי עמדה רבע. לברגים לא כלולים בערכת ההשמנה האופטית, להשתמש אלה בבורג הכובע וערכת חומרה (Thorlabs, HW-KIT2). הגנה על עין צריכה להיות משוחק בכל העת כאשר הליזר מופעל. ודא שהקרן כלולה בתוך אזור בטוח ואבזרים רעיוניים, כגון תכשיטים, יש להימנע. כמו כן, הגנת הפריקה אלקטרוסטטית מומלצת בעת טיפול בדיודות ליזר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת הערכה האופטית פינצטה (Thorlabs, OTKB / ז) והכח MEAsמודול urement (Thorlabs, OTKBFM) לפי המדריכים שלהם. Photodiode מפולת מבוססת סיליקון (APD) (Thorlabs, APD110A) משמש במקום המודול של כוח מדידה (Thorlabs, OTKBFM) גלאי עמדה רבע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר APD לאוסצילוסקופ (Tektronics, TDS1012) באמצעות כבל קואקסיאלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף צלחת חצי גל (Thorlabs, AHWP05M-980) בתוך expander הקורה. הצלחת חצי הגל הוא הדק בין שני צינורות עדשה (Thorlabs, SM1L03). </li></ol> 2. Nanofabrication <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך שקופית מבחן מצופת זהב (EMF קורפ, Cr / Au) לארבעה חלקים זהים. כחלופה לשקופיות מסחריות הזמינות, יש לנו גם השתמשתי בסרט Au 100 ננומטר עבה עם שכבת 2 ננומטר טי הידבקות הופקדה על ידי תצהיר קרן אלקטרונית על גבי זכוכית מרובעת 1 אינץ בטמפרטורת מצע גבוהה של 200 מעלות צלזיוס במשך השעה שעות לפחות 1. זה מייצר סרט polycrystalline חלק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יצירת תמונת מפה סיבית של המבנה הכפול nanohole כקלט אלאלומת היונים הממוקדים המערכת (FIB) היא מפה סיבית. התמונה מורכבת משני עיגולים מוצקים, 160 ננומטר בקוטר עם מרכז למרחק של 190 ננומטר מרכז. תבנית זו יוצרת הפרדת טיפ של כ 15 ננומטר. בין החוגים, קו דק אופציונלי ניתן להציב כדי להסיר כל שאריות מתכת שבבין הקצוות. האיור 3 א מציג תמונת מפה סיבי דוגמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק את המבנה הכפול nanohole באמצעות מערכת הטחינה FIB (היטאצ&#39;י, FB-2100). המרת המפה הסיבית בשלב 2.2 לדפוס טחינת FIB (האזור הכהה במפה הסיבית מקבל מחורץ על ידי FIB). השתמש מתח מאיץ יונים של 40 KV, קרן הגבלת צמצם בקוטר 15 מיקרומטר בהגדלת 60 K פעמים. המיל 80 עובר לכל פעמים nanohole עם זמן מינון של 5 μsec בכל מעבר. 3b האיור מראה מבנה וכתוצאה טיפוסי. חזור על פי צורך. nanoholes המרובה צריך להיעשות באופן שיאפשר לטעויות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף סמני רישום, בין אם באמצעות FIB ו / או על ידי חוכדי לציין את המיקום המשוער של פעמים nanohole (הים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, לקחת תמונת SEM של חורים בצורה מדויקת כדי להעריך את איכות מבנה והפרדת קצה. </li></ol> 3. Microfluidic קאמרי תרשים זרימת תהליך לבודה הקאמרית microfluidic מוצג באיור 4. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצק 10 גרם polydimethylsiloxane (PDMS) בסיס (Dow Corning קנדה, מאגר אלסטומר Sylgard 184 סיליקון) ו1 גרם נוסף של סוכן ריפוי (Dow Corning קנדה, סוכן Sylgard 184 סיליקון אלסטומר אשפרה) לתוך כוס חד פעמית. מערבב לכמה דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפנות תערובת בתא ואקום עד שכל הבועות נעלמות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצק 1.5 גרם של PDMS לתוך צלחת פטרי קוטר סנטימטר 9. ספין המעייל PDMS בתחתית צלחת הפטר ב950 סל&quot;ד עבור 65 שניות. איור 4b מציג את התוצאה. העובי הוא לא קריטי, כל עוד הוא נמצא תחת 80 מיקרומטר; סרט הזהב נמצא במיקרוסקופ objectiv התחתוןהדואר של מרחק העבודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח בעדינות 3-5 # 1.5 coverslips (הפישר סיינטיפיק, 12-541-B) אל PDMS כזה שהם אינם חופפים ולפנות למשך 30 דקות, כפי שמוצגים באיור 4 ג&#39;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם coverslips עבר ונערם זה על גבי זה בזמן הפינוי, בעדינות להזיז אותם זה לזה. זהירות יש לנקוט כדי לשמור PDMS תחת coverslips הדק והאחיד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם מניפולציה של coverslips נדרשה, לפנות צלחת פטרי שוב למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסרת צלחת פטרי מתא ואקום ומבשל על פלטה חמה למשך 20 דקות ב 85 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בסכין גילוח, לחתוך את אחד מהכיסוי מחליק בעדינות למשוך אותה השקופית באמצעות פינצטה מחט דקה. שכבה דקה של PDMS תישאר על coverslip כPDMS הוא יותר דבק לפליטת כיסוי הזכוכית מצלחת פטרי PMMA כמו באיור 4e. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גזור את חלון 3 x 3 מ&quot;מ בPDMS עם סכין גילוח כמו באיור 4f. חלון זה יהווה את החדר שבו nפתרון anoparticle יישמר. </li></ol> 4. לדוגמא הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק שקופית מיקרוסקופ עם ¾ &quot;חור בקוטר במרכז באמצעות אקרילי. זה יכול להיות מושלם עם חותך ליזר. חומרים אחרים ניתן להשתמש גם כן. מדגם הזהב ימוקם בתוך החור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלטת ההיקף של החור עם סרט דו צדדי. השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך קלטת עודפת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שקופית מיקרוסקופ מקום על coverslip, PDMS עם פנים כלפי מעלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את תמיסת פוליסטירן nanosphere (Thermo Scientific, 3020A) בין 1% w / v עד 0.05% w / v באמצעות מי deionized. Micropipette ניתן להשתמש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף כמה טיפין של תמיסה בחלון PDMS. הוסף טיפה על מדגם הזהב שבו nanoholes נמצאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מדגם זהב על גבי coverslips כאלה שnanoholes נמצא בתוך חלון PDMS. הפוך בועות בטוחות לא נמצאות בתוך תא. לחץ מדגם זהב נגד coverslip וטיפה שכל פתרון עודף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם משתמש בשמן טבילה אובייקטיבית (כמו במקרה כאן, אבל לא הכרחי), להוסיף טיפת שמן טבילה בצד הנגדי של coverslip, מתחת לחלון PDMS. שים לב למיקום של nanoholes. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף שקף מיקרוסקופ לתוך החזיק שקופיות, שמן פונה כלפי מטה, ולאחר מכן החזיק שקופיות נמוכות עד שמן טבילה במגע עם מטרת מיקרוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בערך ליישר שקופית שלב כזה שסימני חיווי הם מתחת ליעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עקבו קווי חיווי שהובילו לnanoholes. שקופית כך שסימני חיווי ושטחים פתוחים אחרים שפינו ממרכז מסך מיקום. העברת אור קיצונית יכולה לגרום לAPD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל ליזר. כראי Dichroic אינו מושלם, מקום הקרוב למרכז המסך מקרן הליזר אמור להופיע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בתוכנת שליטת שלב piezo, לשכלל את היישור בכל השלושה הצירים. </li></ol> 5. רכישת נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם ההלעמ &#39;מסימני החיווי, עמדה במקום קרוב למיקום nanohole ידוע. את nanoholes יהיה קטן מכדי להיפתר וצריך להופיע רק ככתמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת האור באמצעות המדגם שצוינה על ידי רמת האות על אוסצילוסקופ. בהמשך ליישר המדגם למקסם העברת אור. היזהר מסימני חיווי וסריטות גלויות ולא גלויות כמו העברת אור תהיה גבוהה בתחומים אלה. Nanoholes יציג קפיצות פתאומיות בהעברת אור ואילו סריטות מציגות שינויים הדרגתיים יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש waveplate, להתאים את קיטוב האור להעברת אור הגבוהה ביותר כמבנה כפול nanohole הוא מקוטב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למזער את הרעש, לבנות מסנן RC עם קרש החיתוך, נגדים וקבלי KΩ 200 pF 100 ולחבר אותו לאחר APD באמצעות כבל קואקסיאלי. ערכים אלה יכולים להיות מותאמים לביצועים הטובים ביותר, בהתחשב ברוחב הפס של רכישת נתונים הנדרשים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר אוסצילוסקופ והנתונים acquisמודול ition (אומגה, USB-4711A) למסנן RC עם כבלים קואקסיאליים ומתאם T. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטעום המתח של APD באמצעות מודול רכישת נתונים לזמן הרצוי. פעמי רכישה הן בדרך כלל במאת שניות. במקרה זה, חבילת תוכנה מותאמת אישית שמשה לרכישת נתונים. המתח ידגם ב2,000 פעמים בשנייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות Matlab, לסנן את הנתונים שנרכשו באמצעות מסנן Savitzky-Golay ולשרטט אותו כתלות בזמן בגרף. </li></ol>

<ol>
	<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles.">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Opt. Lett. 11, 288-290 (1986).</li><li>Liu, Y., 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=Evidence+for+localized+cell+heating+induced+by+infrared+optical+tweezers.">Evidence for localized cell heating induced by infrared optical tweezers.</a> Biophys. J. 68, 2137-2144 (1995).</li><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M. <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+viruses+and+bacteria.">Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria.</a> Science. 235, 1517-1520 (1987).</li><li>Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., 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=Self-induced+back-action+optical+trapping+of+dielectric+nanoparticles.">Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles.</a> Nature Phys. 5, 915-919 (2009).</li><li>Jin, E. X., Xu, X. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+optical+near+field+from+a+bowtie+aperture.">Enhanced optical near field from a bowtie aperture.</a> Appl. Phys. Lett. 88, 153110 (2006).</li><li>Onuta, T. -. D., Waegele, M., DuFort, C. C., Schaich, W. L., Dragnea, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+field+enhancement+at+cusps+between+adjacent+nanoapertures.">Optical field enhancement at cusps between adjacent nanoapertures.</a> Nano Lett. 7, 557-564 (2007).</li><li>Pang, Y., Gordon, R. <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+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film.">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 11, 3763-3767 (2011).</li><li>Pang, Y., Gordon, R. <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+of+a+single+protein.">Optical trapping of a single protein.</a> Nano Lett. 12, 402-406 (2012).</li><li>Righini, M., 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=Nano-optical+trapping+of+rayleigh+particles+and+escherichia+coli+bacteria+with+resonant+optical+antennas.">Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas.</a> Nano Lett. 9, 3387-3391 (2009).</li><li>Arnold, 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=Whispering+gallery+mode+carousel+-+a+photonic+mechanism+for+enhanced+nanoparticle+detection+in+biosensing.">Whispering gallery mode carousel - a photonic mechanism for enhanced nanoparticle detection in biosensing.</a> Opt. Express. 17, 6230-6238 (2009).</li><li>Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. <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+with+planar+silicon+microring+resonators.">Optical manipulation with planar silicon microring resonators.</a> Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).</li><li>Yang, A. H. J., 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=Optical+manipulation+of+nanoparticles+and+biomolecules+in+sub-wavelength+slot+waveguides.">Optical manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides.</a> Nature. 457, 71-75 (2009).</li><li>Chen, C., 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=Enhanced+optical+trapping+and+arrangement+of+nano-objects+in+a+plasmonic+nanocavity.">Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity.</a> Nano Lett. 12, 125-132 (2012).</li><li>Lyer, S., Popov, S., Friberg, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+apexes+on+the+resonance+shift+in+double+hole+nanocavities.">Impact of apexes on the resonance shift in double hole nanocavities.</a> Opt. Express. 18, 193-203 (2010).</li><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Yamane, T. <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+single+cells+using+infrared+laser+beams.">Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams.</a> Nature. 330, 769-771 (1987).</li><li>Liu, Y., Sonek, G. J., Berns, M. W., Tromberg, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+monitoring+of+optically+trapped+cells:+Assessing+the+effects+of+confinement+by+1,064â€‰nm+laser+tweezers+using+microfluorometry.">Physiological monitoring of optically trapped cells: Assessing the effects of confinement by 1,064â€‰nm laser tweezers using microfluorometry.</a> Biophys. J. 71, 2158-2167 (1996).</li><li>Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., 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=Stretching+dna+with+optical+tweezers.">Stretching dna with optical tweezers.</a> Biophys. J. 72, 1335-1346 (1997).</li><li>Yu, D., Blankert, B., Vir&#233;, J. C., Kauffmann, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensors+in+drug+discovery+and+drug+analysis.">Biosensors in drug discovery and drug analysis.</a> Anal. Lett. 38, 1687-1701 (2005).</li><li>Luppa, P. B., Sokoll, L. J., Chan, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunosensors-principles+and+application+to+clinical+chemistry.">Immunosensors-principles and application to clinical chemistry.</a> Clin. Chim. Acta. 314, 1-26 (2001).</li><li>Min, Q., Santos, M. J. L., Girotto, E. M., Brolo, A. G., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localized+raman+enhanced+from+a+double-hole+nanostructure+in+a+metal+film.">Localized raman enhanced from a double-hole nanostructure in a metal film.</a> J. Phys. Chem. C. 112, 15098-15101 (2008).</li><li>Weber-Bargioni, A., 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=Hyperspectral+nanoscale+imaging+on+dielectric+substrates+with+coaxial+optical+antenna+scan+probes.">Hyperspectral nanoscale imaging on dielectric substrates with coaxial optical antenna scan probes.</a> Nano Lett. 11, 1201-1207 (2011).</li></ol>

הייצור והגישה חופשיה למאמר זה הוא בחסות Thorlabs.

ההתקנה הנוכחית יש יכולות השמנה יעילות בשל מבנה nanohole. מלכודות nanohole זה חלקיקים דיאלקטריים ~ 10 ננומטר בקנה מידה בעוצמות אופטיות נמוכות. מלכודות אופטיות רומן אחרות כוללות אנטנות אופטיות דיפול 11, תהודה אופטית לחישה-גלריה במצב 12,13 וגלבו 14, אולם הם בדרך כלל פועלים במשטר perturbative, המוגבל על ידי קנה מידת הסדר הרביעי ההופכי של הכח האופטי הנדרש לעומת החלקיק גודל, בניגוד SIBA והמלכודת הכפולה nanohole. צורות צמצם אלטרנטיביות גם הוצגו ללכידה, כגון 15 nanopore plasmonic מלבני. תכונות חיוביות אחרות שמוצגות על ידי המלכודת הכפולה nanohole לכלול התנהגות חלקיקים סלקטיבית בגודל 7, מיקום השמנה יחידה (להגביל השמנה מרובה חלקיקים) וקלויות 16 דיה. כחלופה לשימוש בFIB, כפול nanoholes יכול להיות מפוברק באמצעות ליטוגרפיה colloidal6 y. לכידה של חומרים ביולוגיים של קיטוב גדול וגודל כללה 3 חיידקים, תאי חי 17,2,18, 3 נגיף פסיפס הטבק ומניפולציה ומתיחה של גדילי דנ&quot;א נקשרים בקצוות עם חלקיקים דיאלקטריים גדולים 19, אולם השמנה, ישירה של קטן דגימות ביולוגיות ללא קשירה נותרות מאתגרות. תצורת השמנה זה מסוגלת ללכוד חלקיקים דיאלקטריים קטנים בעוצמות אור נמוכות יותר מאשר פינצטה אור הקונבנציונלית וnanohole המעגלי, המאפשר לחלקיקים ביולוגיים קטנים שייערכו לתקופות זמן ארוכים ללא ניזק או קשירה. כמו כן, אירועי ההשמנה מפגינים יחס אות לרעש גבוה ומאפשר התקנה זו כדי לעבוד כחיישן רגיש ולזהות את החלקיקים הקטנים ביותר הביולוגיים, כגון וירוסים וחלבונים. למעשה, 20 כדורי פוליסטירן ננומטר שמקדמים שבירה של 1.59 אשר ניתן להשוות את החלקיקים הביולוגיים הקטנים ביותרכגון וירוסים. שיטה זו יכולה להיות טכניקה אמינה ובוגרת לקיבוע ומניפולציה של חלקיקים, כולל חלקיקים ביולוגיים. יישומים של טכניקה זו כוללים אינטגרציה לתוך סביבת microfluidic. במקום קאמרי microfluidic יחידה, ערוץ יהיה בשימוש דינמי לשלוט בסביבה, אידיאלי לחישה שבירה. כגון התקנה תהיה להגדיר בשבב microfluidic יחיד שמוביל להתקנה יציבה וחזקה יותר ומהר יותר ניתוח של מומסים. אפשרות נוספת היא פיתוח ערכת זיהוי פלואורסצנטי לאפיון של אחת וירוסי ניאון מתויג-, נקודות קוונטיות של מוליכים למחצה וחלבוני ניאון ירוקים. התקנה זו יש גם פוטנציאל לשינוי לbiosensor לוירוס או חלבון מסוים, וכך דגימות קטנות מאוד כדי להיות מנותחות. תרופות 21 גילוי וזיהוי מחלות וזיהומים 22 ירוויחו מגלאי חלבון אחת. ראמאן spectroscopy ניתן לשלב לגילוי אותות ראמאן של חלקיקים ואירועים מחייבים יחידים. המבנה הכפול nanohole מאפשר שיפורים חזקים מקומיים שדה בקצוות, מתאימים לראמאן ספקטרוסקופיה 23 קצה משופר. שיטה מאוד ספציפית ללא תווית של אפיון חומר גם תהיה אפשרית באמצעות ראמאן ספקטרוסקופיה 24.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם </td><td> יצרן </td><td> מספר סידורי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> שמן טבילה </td><td> מעבדות Cargille </td><td> 16484 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> ערכת אלסטומר Sylgard 184 סיליקון </td><td> Dow Corning קנדה </td><td></td><td> כמות: 1 מכיל גם בסיס PDMS וסוכן ריפוי </td></tr><tr><td> שקופיות בדיקה מצופית זהב </td><td> EMF קורפ </td><td> Cr / Au </td><td> כמות: 1 שכבת הדבקת טי ניתן להשתמש גם </td></tr><tr><td> אין 1.5 Coverslips </td><td> הפישר סיינטיפיק </td><td> 12-541-B </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> מערכת קרן ממוקדת יון </td><td> היטאצ&#39;י </td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td> נתוני מודול רכישה נייד </td><td> אומגת הנדסה </td><td> USB-4711A </td><td> שuantity: 1 </td></tr><tr><td> שלב ינארי </td><td> פרקר </td><td> 4034M </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> ראש בקר ודיודות ליזר </td><td> סאקר Lasertechnik קבוצה </td><td> TEC 120 </td><td> כמות: 1 ידנית מתכוונן Littrow ליזר מערכת </td></tr><tr><td> אוסצילוסקופ הדיגיטלי </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> תקני גודל 20 ננומטר NanoSphere </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;עדשת הר </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> 0.3 &quot;העדשה Tube </td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td> כמות: 2 </td></tr><tr><td> ND קליטה 4.0 סינון </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> האלומיניום Breadboard </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> המפולת photodiode </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> מד כוח אופטי דיגיטלי </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> כמות: 1 אחרים, מיושנים יעשו </td></tr><tr><td> מודול חיל המדידה </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> Kinematic מירור הר </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> כמות: 1 עם מראה איכותי בIR ליזר </td></tr><tr><td> דיודות ליזר Driver זרם קבוע </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> פלייט טבלת הרכבה אופטי LD1255 </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> פלייט achromatic רכוב חצי גל </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> כמות: 1 690 - 1200 ננומטר </td></tr><tr><td> ערכת פינצטה אופטית </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> כמות: 1 מטרייה או קיסרי </td></tr><tr><td> הודעת מחזיק מאגר </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> כמות: 2 </td></tr><tr><td> ספק כוח </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> כבל חשמל </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> זכות פלייט זווית </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> זכות קלאמפ הודעת זווית </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> הודעה אופטית נירוסטה </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> כמות: 1 </td></tr><tr><td> קלאמפ טבלה </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> כמות: 2 אחרים, מיושנים יעשו </td></tr><tr><td> חיישן תרמי </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> כמות: 1 למד כוח אופטי דיגיטלי </td></tr><tr><td> קבל 100 pF </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> 200 Resistor KOhm </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> גיליון אקריליק </td><td></td><td></td><td> כמות: 3 &quot;x 1&quot; כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> מבחר של כבלים קואקסיאליים, חוטים ומחברים </td><td></td><td></td><td> לפי צורך </td></tr><tr><td> ארובה </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> עדשה קעורה </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> חותך יהלומים </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> סרט דו צדדי </td><td></td><td></td><td> כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> סכין גילוח </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, לא קריטי </td></tr><tr><td> מלקט </td><td></td><td></td><td> כמות: 1 כל מותג, הקנס הטה </td></tr></tbody></table>

optical trapping of nanoparticles

אופטי שמן הוא טכניקה למשתקת ומניפולצית חפצים קטנים בצורה עדינה באמצעות אור, וזה כבר מיושם באופן נרחב בהשמנת ומניפולצית חלקיקים ביולוגיים קטנים. Ashkin ועמיתים לעבודה ראשונה הוכיחו פינצטה אופטית באמצעות קרן ממוקדת אחת 1. מלכודת הקרן האחת ניתן לתאר במדויק באמצעות גיבוש כוח שיפוע perturbative במקרה של חלקיקי משטר Rayleigh קטנים 1. במשטר perturbative, הכח האופטי דרוש ללכידת חלקיקים על מאזניים ככח הרביעי ההופכי של גודל החלקיקים. סמכויות אופטיות גבוהות יכולות לפגוע ולגרום לחלקיקים דיאלקטריים חימום. לדוגמה, ספירות לכודי לטקס של 109 ננומטר בקוטר נהרסו על ידי קרן mW 15 ב25 1 שניות, שבו יש השלכות חמורות על חומר ביולוגי 2,3. חזרה לפעולת לכידה יזומה (SIBA) אופטית הוצעה ללכוד 50 כדורי פוליסטירן ננומטר במשטר לא perturbative 4. במשטר לא perturbative, אפילו חלקיק קטן עם ניגוד permittivity מעט הרקע יכול להשפיע באופן משמעותי את השדה האלקטרומגנטי הסביבה ולגרום לכוח אופטי גדול. כחלקיק נכנס צמצם מואר, העברת אור עולה באופן דרמטי בגלל הטעינה דיאלקטרי. אם החלקיק מנסה להשאיר את הצמצם, שידור ירד גורם לשינוי במומנטום החוצה מהחור, ולפי החוק השלישי של ניוטון, תוצאות בכוח על החלקיקים פנימה לתוך החור, לוכד חלקיקים. העברת האור יכול להיות במעקב, ולכן, יכולה להיות מלכודת חיישן. טכניקת לכידת SIBA ניתן לשפר עוד יותר על ידי שימוש במבנה הכפול nanohole. המבנה הכפול nanohole הוכח לתת שיפור שדה מקומי חזק 5,6. בין שני קצוות החדים של פעמים nanohole, חלקיק קטן יכול לגרום לשינוי גדול באופטי transmission, וכך גורם לכוח אופטי גדול. כתוצאה מכך, חלקיקים קטנים יותר יכולים להיות לכודים, כגון 12 ננומטר תחומי סיליקט 7 ו 3.4 ננומטר חלבונים הידרודינמית רדיוס שור סרום אלבומין 8. בעבודה זו, בתצורה הניסיונית המשמשת ללכידת nanoparticle מתוארת. ראשית, אנחנו פירוט ההרכבה של התקנת ההשמנה המבוססת על ערכת פינצטה אופטית Thorlabs. בשלב הבא, אנחנו מסבירים את הליך nanofabrication של פעמים nanohole בסרט מתכת, הייצור של קאמרי microfluidic והכנת המדגם. לבסוף, אנו פרטי הליך רכישת נתונים ולספק תוצאות אופייניות להשמנת 20 nanospheres הקלקר ננומטר.

<html> עקבות רכישה טיפוסיות מוצגות באיור 5 א. אירוע השמנה הוא אופייני פתאומי, עם קצה חד, מראה מתג ברור בין שתי רמות ספק שידור. כמו חלקיקים כפופים לתנועה הבראונית, האירועים לוכדים יתרחשו באופן אקראי. במשך 20 חלקיקים ננומטר, שינויי הולכה מהשמנה היו בדרך כלל סביב 5-10% ולעתים השמנה, סביב 10-300 שניות. הזמן האופייני להשגת אירוע השמנה לכוח והריכוז שתואר לעיל הוא על סדר דקה. בשל הפרעה סטרית זה נדיר לראות לוכדי חלקיקים מרובים בו זמנית, אם כי פעם בחלקיק הוא שוחרר, אותה הוא מלווה בדרך כלל על ידי אירוע השמנה שלאחר מכן. תלויה באיכות של התוצאות, ייתכן שיש עלייה באות לרעש במדינה הלכודה. עליית הרעש הזה מגיעה מהתנועה הבראונית של החלקיקים הלכודים. בלא החלקיקים הלכודים, מקור רעש זה אינו קיים. <html> _content &quot;&gt; חפצים מסוימים עשויים להופיע בתוצאות שאינן מעידים על אירועי השמנה. תוצאות מראות שינויים נסחפים, איטיים בשידור על פני תקופה של דקות כפי שמוצג באיור 5b, אמורות להיות מושלכות. חפצים אחרים יכולים להיות גם כאלה נוכחיים כשינויים עקביים הילוכים, רעש מוגזם או לא שמן בכלל. לדוגמה, יכולים לגרום לבועות קפיצות עצמה רציפות אם טיפול לא נלקח על מנת להבטיח כי הקאמרי הוא ללא בועות. בועות אלה תגבנה בצורה שונה לאירועי ההשמנה במונחים של דינמי שינוי התנהגות ועוצמתם, ולכן הם לזיהוי בקלות. סימפטומים כאלה יכולים להיגרם על ידי מבנה עניים הכפול nanohole, מזהמים או תנודות מכאניות. סביבה שקטה, פעילות נמוכה, מומלצות מאוד למקום התקנה זו. כמו כן, מאפשרים לליזר ו שלב להתיישב כמה דקות לאחר היישור יכול לעזור גם כן. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; איור 1 שידור subwavelength צמצם אופטי:) ללא חלקיקים; ב) תמסורת מוגברת בשל חלקיק דיאלקטרי; ג) אם ניסיונות חלקיקים לעזוב, הירידה במומנטום אור (ΔT) תגרום לכוח (F) על החלקיק כאל. למשוך אותו בחזרה לחור; ד) האדום העוברת שינוי של עקומת ההולכה נגרמת על ידי החלקיקים, שיוביל לשינוי בΔT שידור. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . איור 2) בסך הכל סכמטי של השמנת התקנה, הגדלה של העיגול האדום מוצג בב); ב) הרחבה מראה כפול nanohole, ואת nanospheres בתוך PDMS הקאמרי; ג) תמונת SEM של המבנה הכפול nanohole. ראשי תיבות בשימוש: LD = דיודת ליזר; ODF = צפיפות מסנן אופטית; HWP = צלחת חצי גל; BE = קורה הרחבה; MR = ראי; MO = אובייקטיבי מיקרוסקופ; OI MO = השמן immerמטרת מיקרוסקופ שיאון; ד&quot;ה = הכפול nanohole; APD = מפולת photodetector. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> איור 3) דמות מפה סיבית לדוגמה השתמשה בFIB הייצור;. ב) תמונת SEM של פעמים nanohole. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> איור 4. תרשים תהליך לבודה הקאמרית microfluidic. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> איור 5. (א) רכישה אופיינית של השמנת אירועים עם 20 כדורי פוליסטירן ננומטר. (ב) רכישה עניה מראה נסחף חריף.

Watch this Scientific Journal Video about Optical Trapping of Nanoparticles at JoVE.com

Optical Trapping of Nanoparticles

את פרטי גישת ההתקנה הבאות השמנה אופטית צריכת חשמל נמוכה של חלקיקי דיאלקטרי שימוש כפול nanohole בסרט מתכת.

לכידה אופטית של חלקיקים

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

22.3K Views.  University of Victoria. את פרטי גישת ההתקנה הבאות השמנה אופטית צריכת חשמל נמוכה של חלקיקי דיאלקטרי שימוש כפול nanohole בסרט מתכת.

Video: Optical Trapping of Nanoparticles

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

בנייה של מיקרוסקופ ברזולוציה גבוה עם יכולות קונבנציונליות והשמנה אופטיות הולוגרפי

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

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

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

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 ...

Bioengineering

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

ניתוח התנועה של Nauplius &#39;<em&gt; סלינה הארטמיה</em&gt; &quot;על ידי מנגנון עקיבה האופטי של Plasmonic חלקיקים

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

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.

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

טוען מלכודת אופטית של דיאלקטרי microparticles באוויר

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

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and artificial nanomotors and may provide new routes towards single cell analysis, studies of non-equilibrium thermodynamics, and mechanical actuation of nanoscale systems. A facile way to drive rotation is to use focused circularly polarized laser light in optical tweezers. Using this approach, metallic nanoparticles can be operated as highly efficient scattering-driven rotary motors spinning at unprecedented rotation frequencies in water.
In this protocol, we outline the construction and operation of circularly-polarized optical tweezers for nanoparticle rotation and describe the instrumentation needed for recording the Brownian dynamics and Rayleigh scattering of the trapped particle. The rotational motion and the scattering spectra provides independent information on the properties of the nanoparticle and its immediate environment. The experimental platform has proven useful as a nanoscopic gauge of viscosity and local temperature, for tracking morphological changes of nanorods and molecular coatings, and as a transducer and probe of photothermal and thermodynamic processes.

Plasmonic gold nanorods can be trapped in liquids and rotated at kHz frequencies using circularly-polarized optical tweezers. Introducing tools for Brownian dynamics analysis and light scatteringspectroscopy leads to a powerful system for research and application in numerous fields of science.

הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical lattice consists of an array of nanostructures, which exhibit a variety of trapping and transport behaviors. We report the experimental procedures to trap micro-particles in a simple square nanoplasmonic optical lattice. We also describe the optical setup and the nanofabrication of a nanoplasmonic array. The optical potential is created by illuminating an array of gold nanodiscs with a Gaussian beam of 980 nm wavelength, and exciting plasmon resonance. The motion of particles is monitored by fluorescence imaging. A scheme to suppress photothermal convection is also described to increase usable optical power for optimal trapping. Suppression of convection is achieved by cooling the sample to a low temperature, and utilizing the near-zero thermal expansion coefficient of a water medium. Both single particle transport and multiple particle trapping are reported here.

We describe a procedure to optically trap micro-particles in nanoplasmonic optical lattice.

השמנה של חלקיקי מיקרו סריג אופטי Nanoplasmonic

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

Optical Trapping of Plasmonic Nanoparticles for In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterizations

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) enables the ultrasensitive detection of analyte molecules in various applications due to the enhanced electric field of metallic nanostructures. Salt-induced silver nanoparticle aggregation is the most popular method for generating SERS-active substrates; however, it is limited by poor reproducibility, stability, and biocompatibility. The present protocol integrates optical manipulation and SERS detection to develop an efficient analytical platform to address this. A 1064 nm trapping laser and a 532 nm Raman probe laser are combined in a microscope to assemble silver nanoparticles, which generate plasmonic hotspots for in situ SERS measurements in aqueous environments. Without aggregating agents, this dynamic plasmonic silver nanoparticle assembly enables an approximately 50-fold enhancement of the analyte molecule signal. Moreover, it provides spatial and temporal control to form the SERS-active assembly in as low as 0.05 nM analyte-coated silver nanoparticle solution, which minimizes the potential perturbation for in vivo analysis. Hence, this optical trapping-integrated SERS platform holds great potential for efficient, reproducible, and stable molecular analyses in liquids, especially in aqueous physiological environments.

Optical Trapping of Plasmonic Nanoparticles for In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterizations

The present protocol describes a convenient approach to integrating optical trapping and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) to manipulate plasmonic nanoparticles for sensitive molecular detection. Without aggregating agents, the trapping laser assembles plasmonic nanoparticles to enhance the SERS signals of target analytes for in situ spectroscopic measurements.

השמנה אופטית של ננו-חלקיקים פלסמוניים עבור אפיונים של ספקטרוסקופיית ראמאן משופרת בפני השטח באתרו

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) enables the ultrasensitive detection of analyte molecules in various applications due to the enhanced electric ...