Os autores gostariam de agradecer a Xuan Du para a construção do diagrama conceitual da Figura 1. Este trabalho foi financiado por subvenções do Conselho de Pesquisa de Ciências Naturais e Engenharia (NSERC) do Canadá.

1. Referência Interferômetro Construção e Mensuração FSR <ol><li> Construção <ol><li> Criar uma caixa de acrílico open-top. Esta estrutura deve ser grande o suficiente para caber confortavelmente em um 16 em x 16 em x 16 em caixa de isopor. </li><li> Fabricar uma estante de 3 estágios para abrigar os componentes ópticos, que irá sentar-se na caixa de acrílico o open-top e será completamente fechado pela caixa de isopor para isolamento térmico. Dois furos elevados na caixa de Styrofoam tem de estar presente para permitir que as fibras para entrar e sair de todo o invólucro. </li><li> Na 3 ª etapa: Uma fibra do acoplador direccional 3 dB de saída deve ser fixado a um controlador de polarização, que por sua vez conduz a uma porta de entrada de um 3 dB do acoplador direccional separado. </li><li> Na fase 2 nd: formar um laço com cerca de 16 metros de fibra óptica provenientes de outra porta do primeiro acoplador direccional 3 dB de saída. Dirigir esta fibra para a porta de entrada dos restantes segunda 3 dB direccional acoplador na fase 3 rd. </li><li> Encher a caixa de acrílico com 50% de raspas de gelo misturado com 50% de água líquida, como para formar um banho de gelo e, consequentemente, manter a temperatura dos componentes ópticos perto de 0 ° C. </li></ol></li><li> Medição FSR <ol><li> Configure o laser sonda no comprimento de onda desejado. Empregar um gerador de função de modo a que a sua saída está ligada a um divisor de potência de 3 dB. Uma das saídas do divisor de 3 dB deve ser ligado ao osciloscópio para fins de controlo e a outra saída é para ser utilizado directamente para sintonizar a frequência do laser. </li><li> Alimentar a saída do laser, como a entrada para o acoplador direccional 1 de 3 dB. </li><li> As duas saídas da 2 ª 3 dB acoplador direcional são para transportar sinais photomixed ao fotodetector equilibrada (BPD). Finalmente, conecte o cabo do BPD saída para um canal de entrada do osciloscópio. </li><li> Linearmente analisar a frequência do laser por supplying o módulo de laser com um sinal de rampa gerado a partir do gerador de forma de onda (com uma tensão de pico-a-pico de 1 V e a frequência de varrimento de 100 Hz). O sinal de saída do DBP será sinusoidal no osciloscópio. </li><li> Sintonizar o controlador de polarização como para maximizar a tensão de pico-a-pico da forma de onda sinusoidal. </li><li> Para medir o FSR, configure a laser para saída de onda contínua, definindo o gerador de forma de onda para o modo DC. Ajustar a tensão do gerador de forma de onda para que o sinal transmitido a partir da DBP oscila em torno de 0 V (isto é. Do ponto de quadratura). Inspecione o sinal de saída através de um analisador de espectro elétrico. O sinal monitorado deve aparecer como uma função sinc-quadrado, em que a localização do primeiro zero, mais próxima do máximo global (com frequência zero) corresponde ao FSR. Para minimizar o ruído de medição, defina o analisador de espectro elétrico para o modo de cálculo da média. </li></ol></li></ol> 2. Fibra Puxando 13 </sup&gt; Preâmbulo: O objectivo deste procedimento é de aproximadamente corresponde a fase de fotões que viajam no estreitamento para aqueles do microcavidade de modo que o acoplamento eficiente pode ocorrer. Como a fibra é puxada, a parte central, que se situa entre os dois grampos vai apoiar a transição de um modo único dentro de uma fibra regular, para vários modos dentro de um guia de ondas formadas pelo revestimento de sílica inicial tornando-se o núcleo e o ar tornar-se o revestimento, e depois a um único modo. O núcleo de sílica da fibra vai praticamente desaparecem na secção central, onde as condições de propagação temporariamente multimodo satisfeitos, será contrariada pelo encolhimento contínuo do diâmetro da fibra. <ol><li> Corrigir o suporte da fibra para a platina motorizada translacional. </li><li> Connectorize duas seções de fibra óptica com conectores FC / APC em uma extremidade de cada seção. Retire o revestimento tampão das extremidades não conectadas com uma stripper fibra, limpe-os com acetona primeiro e then isopropanol, unir as facetas finais e fusão emenda-los juntos. </li><li> Para monitorizar a perda no cone, ligar uma sonda de laser no modo de potência constante de uma extremidade da fibra, enquanto a outra extremidade da fibra está ligada a um fotodetector (PD). A saída do TP tem de ser ligado a um osciloscópio. Ajuste as configurações do osciloscópio como para medir a tensão de saída PD, que é proporcional à potência de laser transmitido. </li><li> Gravar o valor inicial da tensão de saída PD e continuar a monitorizar até que o passo 2.9. </li><li> Prender a fibra para o suporte da fibra e da imagem da fibra com um microscópio óptico. </li><li> Libertar hidrogénio de tal modo que ele começa a fluir próximo do cone, à espera de ar a sair do tubo e para a pressão do canal de estabilizar. Uma vez que a taxa de fluxo para o gás de hidrogénio atinge 110 ml / min, inflamar-la perto da saída com um isqueiro para aquecer a fibra. </li><li> Usando um programa LabVIEW costume, linearmente puxar a fibra. Note-se que durante o pulling processo, o núcleo de fibra desaparece gradualmente enquanto vários modos de revestimento tornar-se dominante na orientação da luz através da seção de fibra cônico. A intensidade transmitida através da fibra óptica deve oscilar devido à interferência multimodo. </li><li> Continue a puxar a fibra para reduzir a largura do cone de fibra até que suporta apenas um único modo de revestimento. Uma vez que a intensidade transmitida deixa de variar, pare de puxar a fibra. </li><li> Solte o suporte de fibra a partir da fase de tradução e fixá-lo perto do palco piezoelétrico. </li></ol> 3. Preparação e entrega de soluções <ol><li> Prepare a 22:00, 13:00, e 100 fM soluções compostas de 50 nm de raio microesferas de poliestireno monodisperso em soro fisiológico tamponado com fosfato de Dulbecco (DPBS). Além disso, criar uma solução DPBS puro. </li><li> Coloque as soluções em uma centrífuga, escalonar as suas posições dentro dela para fins de equilíbrio, e dar início a um ciclo de fiação 30 min. </li><li> Após completion, colocar firmemente as soluções em um exsicador, evacuar-lo, e bombardeiam as soluções com ondas de ultra-sons durante 30 min. </li><li> Retire as soluções e colocá-las de lado perto da configuração da experiência. </li><li> Construa um suporte para um sistema de entrega de fluido de pequeno porte. <ol><li> Após a limpeza duas virolas, inserir dicas de seringas em ambas as extremidades de um segmento de microtúbulos e enroscar os fios para as pontas de seringas. Individualmente conectar uma das virolas para uma terceira ponta da seringa e o outro para o conector Luer Lock de um conjunto de cilindro-êmbolo. </li><li> Prenda a ponta da seringa exposta ao estande e sustentá-lo por trás da amostra. Os líquidos deve ser capaz de fluir para a amostra sem derramamento significativo. </li></ol></li><li> Em termos do Artigo 5 º do Protocolo, coloque o barril com uma solução adequada e injetá-lo manualmente através do sistema de microfluídica durante a experiência. </li></ol> 4. Configuração e interligações do sistema <ol><li> Conecte os lase sonda<html> r para um acoplador direccional de 10 dB. A porta acoplado é ligado à porta de entrada do interferómetro de referência, enquanto o porta transmitida está ligado a um controlador de polarização seguido pela fibra cónica. </li><li> Reorientar os objetivos do microscópio para adquirir duas imagens nítidas de cone de fibra. </li><li> Ligue a saída da fibra afunilada para um PD. A saída deste DP deve ser ligado a um canal de entrada diferente do osciloscópio. </li><li> Montagem da amostra sobre o nanopositioner e fazer ajustes grosseiros para deslocá-lo de modo que é próximo do centro do cone de fibra. </li><li> Injectar DPBS para a amostra. Faça ajustes grosseiros de tal forma que o cone de fibra vem na vista das duas câmeras CCD. Ajustar o nanopositioner para estabelecer o acoplamento do cone da fibra para o microcavidade. </li><li> Digitalizar o comprimento de onda do laser como obter um mergulho ressonância apropriada no osciloscópio. </li></ol> 5. Detecção de Nanopartículas ONTEÚDO &quot;&gt; Para obter os dados: Configurar as definições de disparo do osciloscópio e, usando software caseiro, recolher vestígios osciloscópio para posterior processamento. <ol><li> Registam-se os dados para a solução tampão como referência. </li><li> Registam-se os dados para as soluções de nanopartículas de menor a concentração mais elevada. </li><li> Observe as mudanças de freqüência que ocorrem devido a nanopartículas de ligação na microcavidade. </li></ol> 6. Pós-Processamento de Dados Os dados coletados podem ser processados ​​por um programa MATLAB auto-escrito. O programa deve: <ol><li> Leia os traços de referência do interferômetro e realizar um ajuste de mínimos quadrados para as curvas senoidais. As fases da sinusoidal equipada são utilizados para estimar o jitter de laser em tempo real. </li><li> Leia os traços de transmissão da cavidade e realizar um ajuste de mínimos quadrados para a função dupla de Lorentz. Freqüências ópticas correspondentes aos mergulhos de ressonância (ν 1,ν 2) e as suas larguras totais a meia altura (FWHM do, representado por δν 1, δν 2) são determinadas por comparação do sinal de transmissão para o sinal interferômetro. </li><li> Obter o fator de cada mergulho indivíduo qualidade de Q i = ν i / δν i, onde i pode ser de 1 (ressonância esquerda) ou 2 (ressonância direita). </li><li> Calcular, como é convencional, as freqüências ópticas dos mergulhos de ressonância através da digitalização tensão laser, onde os rendimentos de jitter a laser maior ruído de medição. </li><li> Recolha a frequência de ressonância média média ν = (1 + ν ν 2) / 2 e a frequência de divisão Δν = ν 2 - ν uma para cada medição, pondo-os como uma função do tempo. Quando uma nanopartícula se liga na superfície da microcavidade, mudanças repentinas de ambos freqüência de ressonância média e sho freqüência splitULD ser observados. </li></ol>

<ol>
	<li>Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+microcavities.">Optical microcavities.</a> Nature. 424 (6950), 839-846 (2003).</li><li>Lu, T., 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=High+sensitivity+nanoparticle+detection+using+optical+microcavities.">High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities.</a> PNAS. 108 (15), 5976-5979 (2011).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S. <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+biosensing:+label-free+detection+down+to+single+molecules.">Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules.</a> Nat. Methods. 5 (7), 591-596 (2008).</li><li>Vollmer, F., Braun, D., Libchaber, A., Khoshsima, M., Teraoka, I., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Appl. Phys. Lett. 80 (21), 4057-4059 (2002).</li><li>Sun, Y., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+ring+resonators+for+biochemical+and+chemical+sensing.">Optical ring resonators for biochemical and chemical sensing.</a> Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 205-211 (2011).</li><li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+nanoparticle+detection+using+a+portable+whispering+gallery+mode+biosensor+driven+by+a+periodically+poled+lithium-niobate+frequency+doubled+distributed+feedback+laser.">Ultrasensitive nanoparticle detection using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (10), 103-110 (2010).</li><li>Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, 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=Nanoparticle-based+protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Appl. Phys. Lett. 99 (7), 073701 (2011).</li><li>Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+limits+in+whispering+gallery+biosensors+with+plasmonic+enhancement.">Detection limits in whispering gallery biosensors with plasmonic enhancement.</a> Appl. Phys. Lett. 99 (24), 243109 (2011).</li><li>Gorodetsky, M. L., Pryamikov, A. D., Ilchenko, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh+scattering+in+high-Q+microspheres.">Rayleigh scattering in high-Q microspheres.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 17 (6), 1051-1057 (2000).</li><li>Lu, T., Su, J., Fraser, S., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Split+frequency+sensing+methods+and+systems.">Split frequency sensing methods and systems.</a> Patent granted on. , (2013).</li><li>Zhu, 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=On-chip+single+nanoparticle+detection+and+sizing+by+mode+splitting+in+an+ultrahigh-Q+microresonator.">On-chip single nanoparticle detection and sizing by mode splitting in an ultrahigh-Q microresonator.</a> Nat. Photonics. 4 (1), 46-49 (2010).</li><li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Nishida, Y., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+nanoparticle+using+a+portable+whispering+gallery+mode+biosensor+driven+by+a+periodically+poled+lithium-niobate+frequency+doubled+distributed+feedback+laser.">Ultrasensitive nanoparticle using a portable whispering gallery mode biosensor driven by a periodically poled lithium-niobate frequency doubled distributed feedback laser.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).</li><li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J. <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+critical+coupling+in+a+fiber+taper+to+a+silica-microsphere+whispering-gallery+mode+system.">Observation of critical coupling in a fiber taper to a silica-microsphere whispering-gallery mode system.</a> Phys. Rev. Lett. 85 (1), 74-77 (2000).</li><li>Li, J., Lee, H., Yang, K. Y., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sideband+spectroscopy+and+dispersion+measurement+in+microcavities.">Sideband spectroscopy and dispersion measurement in microcavities.</a> Opt. Express. 20 (24), 26337-26344 (2012).</li><li>Chow, J. H., 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=Critical+coupling+control+of+a+microresonator+by+laser+amplitude+modulation.">Critical coupling control of a microresonator by laser amplitude modulation.</a> Opt Express. 20 (11), 12622-12630 (2012).</li><li>Swaim, J. D., Knittel, J., Bowen, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+nanoparticles+with+a+frequency+locked+whispering+gallery+mode+microresonator.">Detection of nanoparticles with a frequency locked whispering gallery mode microresonator.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (18), (2013).</li><li>Knittel, J., Chow, J. H., Gray, M. B., Taylor, M. A., Bowen, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasensitive+real-time+measurement+of+dissipation+and+dispersion+in+a+whispering-gallery+mode+microresonator.">Ultrasensitive real-time measurement of dissipation and dispersion in a whispering-gallery mode microresonator.</a> Opt. Lett. 38 (11), 1915-1917 (2013).</li><li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+enhancement+of+a+whispering-gallery-mode+biosensor+for+single+nanoparticle+detection.">Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).</li><li>Santiago-Cordoba, M. A., Boriskina, S. V., Vollmer, F., Demirel, 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=Nanoparticle-based+protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Nanoparticle-based protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Appl. Phys. Lett. 99 (7), (2011).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Esta configuração atual é capaz de sondar uma variedade de microcavidades WGM, como microdiscos, microesferas e microtoroids, sem necessidade de qualquer controle de feedback para a fonte de laser da sonda. Uma proporção considerável de sinal-para-ruído (SNR) para a detecção pode ser obtida, devido às melhorias deslocamento passo fornecidas por comprimento de percurso e de efeitos induzidos de retroespalhamento por partículas. Dada a simplicidade eo baixo custo do próprio interferômetro de referência, este...

Interesse de pesquisa tem aumentado significativamente no uso de modo sussurrando-gallery (WGM) microcavidades com o propósito de nanodetection e Biossensoriais 1-8. Trata-se de fator de qualidade ultra-alta (Q) cavidades ópticas que são proficientes na identificação de partículas biológicas minúsculas, até o nível de proteína único 2. Ou seja, monitorar mudanças na ressonância e frequência dividida para transmissão com extraordinária sensibilidade 9-11 pode ser ativado por confinamento da cavidade de energia da luz dentro de um pequeno volume de modo. As variações nas propriedades ópticas de um ressonador são a causa desses deslocamentos, que por sua vez origina a partir da ligação de moléculas discretas ou nanopartículas. Um exemplo menos sofisticada de uma estrutura WGM tridimensional para tais aplicações é uma microesfera de sílica, que pode ser fabricada com uma superfície lisa por perto atomicamente simplesmente ablação de uma fibra óptica desenhados usando um laser de CO 2. Como é sabido,High Q-factores da ordem de 10 9 pode ser atingido 1. A frequência ressonante de uma microcavidade é convencionalmente monitorizado pela digitalização da frequência óptica de uma fonte de laser sintonizável, enquanto, simultaneamente, foto-detecção da transmissão óptica que é capturado num osciloscópio. Uma desvantagem inerente desta técnica é a incerteza associada com a localização das gotas na transmissão que surge da flutuação de comprimento de onda do laser ou jitter laser. Para superar esta complicação, um interferómetro pode ser usado juntamente com uma microcavidade para produzir um sinal de referência para cancelar o jitter de laser e aumentar a sensibilidade observada 2. Entrada de luz é dividida em dois caminhos ópticos: o feixe de referência que passa através do interferómetro (com uma gama espectral livre ou FSR grande o suficiente para evitar que o laser de jittering espaçamento uma frequência FSR passado durante a medição) e o feixe de detecção que interacts com o microresonator WGM. Este recurso agiliza experimentos em comparação com configurações mais avançadas, tais como a de WGM detecção implica a combinação de um laser de realimentação distribuída (DFB) e niobato de lítio periodicamente poled (PPLN) doubler 12. Nesta publicação, uma técnica interferômetro para monitoramento baseado fator ultra-alta qualidade microcavidade da matéria em nanoescala é descrito 3. Os procedimentos de configuração e aquisição de dados que são necessários para alcançar este objetivo estão descritas, ilustrando como fator de qualidade da cavidade pode ser determinado através de interferometria de referência.

<table><tbody><tr><td>Polystyrene&amp;nbsp; Microspheres</td><td>PolyScience</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s Phosphate Buffered Saline (DPBS)</td><td>Life Technologies</td><td>14190</td><td></td></tr><tr><td>Piezoelectric Nanopositioner System</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-611.3S</td><td></td></tr><tr><td>Balanced Photodetector</td><td>Thorlabs</td><td>PDB120A</td><td></td></tr><tr><td>Photodetector</td><td>Newport</td><td>1801-FC</td><td></td></tr><tr><td>3 dB Fiber Optical Directional Coupler</td><td>Thorlabs</td><td>FC632-50B</td><td></td></tr><tr><td>10 dB Fiber Optical Directional Coupler</td><td>Thorlabs</td><td>FC632-90B</td><td></td></tr><tr><td>Drop-In Polarization Controller</td><td>General Photonics</td><td>PLC-003-S-25</td><td></td></tr><tr><td>Function Generator</td><td>Hewlett-Packard</td><td>33120A</td><td></td></tr><tr><td>Fusion Splicer</td><td>Ericsson</td><td>FSU-925</td><td></td></tr><tr><td>High-Speed Oscilloscope&amp;nbsp;</td><td>Agilent</td><td>DS09404A</td><td></td></tr><tr><td>Motorized Translation Stage with Controller</td><td>Thorlabs</td><td>MTS25-Z8E</td><td></td></tr><tr><td>Single Mode Optical Fiber, 600-800 nm, &amp;Oslash;125 &amp;mu;m Cladding</td><td>Thorlabs</td><td>SM600</td><td></td></tr><tr><td>Real-Time Electrical Spectrum Analyzer</td><td>Tektronix</td><td>RSA3408B</td><td></td></tr><tr><td>Optical Spectrum Analyzer</td><td>Agilent</td><td>70951A</td><td></td></tr><tr><td>632.5 &amp;ndash; 637 nm Tunable Laser</td><td>New Focus</td><td>TLB-6304</td><td></td></tr><tr><td>Filtration Pump</td><td>KNF</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>Powersonic 1100D</td><td></td></tr><tr><td>Mini Vortexer</td><td>VWR</td><td>VM-3000</td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Beckman Coulter</td><td>Microfuge 22R</td><td></td></tr></tbody></table>

implementation of a reference interferometer for nanodetection

Um interferômetro de fibra térmica e mecanicamente estabilizado adequado para examinar microcavidades fator de ultra-alta qualidade é formado. Depois de avaliar a sua faixa espectral livre (FSR), o módulo é colocado em paralelo com um sistema de cone-microcavidade fibra e, em seguida, calibrados por meio de isolar e eliminar mudanças aleatórias na frequência do laser (ou seja, a laser ruído jitter). Para realizar a junção afunilada-microcavidade e para maximizar a potência óptica que é transferida para o ressonador, um único modo de guia de ondas de fibra óptica é puxado. Soluções contendo nanobeads poliestireno são então preparados e transportados para o microcavidade, a fim de demonstrar a capacidade do sistema para detectar ligação à superfície da microcavidade. Os dados são pós-processados ​​via curva adaptável encaixe, o que permite medições de alta resolução do fator de qualidade, bem como a plotagem dos parâmetros dependentes do tempo, tais como comprimento de onda ressonante e freqüência divisão turnos. Com cuidadoinspecionando passos na resposta no domínio do tempo e mudança na resposta no domínio da freqüência, este instrumento pode quantificar eventos de ligação discretos.

Depois, seguindo o protocolo, os traços podem ser compilados e montado. Figura 3a mostra a estrutura típica de ressonância das microesferas, tal como apresentado no vídeo, para que a divisão de frequência é observada em um meio de DPBS. Um ajuste de mínimos quadrados para a função dupla de Lorentz indica que o factor das depressões de ressonância esquerdo e direito são de qualidade respectivamente 2,1 x 10 8 a 3,8 x 10 8 num ambiente aquoso. As frequências ópticas do...

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Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

Uma técnica interferômetro de referência, que é projetado para remover indesejável ruído jitter laser para nanodetection, é utilizado para sondar um fator microcavidade ultra-alta qualidade. Instruções de montagem, instalação e aquisição de dados são fornecidos, juntamente com o processo de medição para especificar o fator de qualidade da cavidade.

Implementação de um interferômetro de Referência para Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

implementation-of-a-reference-interferometer-for-nanodetection

Research

JoVE Journal

Engineering

9.3K visualizações.  University of Victoria.  Uma técnica interferômetro de referência, que é projetado para remover indesejável ruído jitter laser para nanodetection, é utilizado para sondar um fator microcavidade ultra-alta qualidade. Instruções de montagem, instalação e aquisição de dados são fornecidos, juntamente com o processo de medição para especificar o fator de qualidade da cavidade. 

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Optical Trapping of Nanoparticles

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

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

Captura óptica de nanopartículas

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

Engenharia

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Medição da Dispersão Não-linearidades de um Nanoparticle plasmonic Individual

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

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

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

Medição de Interferência Quântica em uma fonte de silício anel ressonador Photon

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

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.

Plasmonic captura e liberação de nanopartículas em um ambiente de Monitoramento

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.

Construção e operação de um sistema de Motor controlado por luz ouro Nanorod Rotary

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

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental studies on the behavior of molecules. Single molecule detection techniques commonly utilize labels such as fluorescent tags or quantum dots, however, labels are not always available, increase cost and complexity, and can perturb the events being studied. Optical resonators have emerged as a promising means to detect single molecules without the use of labels. Currently the smallest particle detected by a non-plasmonically-enhanced bare optical resonator system in solution is a 25 nm polystyrene sphere1. We have developed a technique known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that can surpass this limit and achieve label-free single molecule detection in aqueous solution2. As signal strength scales with particle volume, our work represents a &#62; 100x improvement in the signal to noise ratio (SNR) over the current state of the art. Here the procedures behind FLOWER are presented in an effort to increase its usage in the field.

We have developed a label-free biosensing system based on optical resonator technology known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that is capable of detecting single molecules in solution. Here the procedures behind this work are described and presented.

Único Detecção de Moléculas livre-Label Usando Microtoroid ópticos Resonators

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

Bioengenharia

Assembly, Tuning and Use of an Apertureless Near Field Infrared Microscope for Protein Imaging

This paper aims to instruct the reader in the assembly and operation of an infrared near-field microscope for imaging beyond the diffraction limit.  The apertureless near-field microscope is a light scattering-type instrument that provides infrared spectra at circa 20 nm resolution. A complete list of components and a step-by-step protocol for use is provided.  Common errors in assembly and instrument tuning are discussed.  A representative data set that shows the secondary structure of an amyloid fibril is presented.  

The assembly of a nearfield infrared microscope for imaging protein aggregates is described.

Assembléia, Tuning e Uso de um microscópio de campo Apertureless Near Infrared for Imaging Protein

This paper aims to instruct the reader in the assembly and operation of an infrared near-field microscope for imaging beyond the diffraction limit.  The ...

Biologia

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the optical window where biological samples are most transparent. Here, we outline techniques to adsorb amphiphilic polymers and polynucleic acids onto the surface of SWNTs to engineer their corona phases and create novel molecular sensors for small molecules and proteins. These functionalized SWNT sensors are both biocompatible and stable. Polymers are adsorbed onto the nanotube surface either by direct sonication of SWNTs and polymer or by suspending SWNTs using a surfactant followed by dialysis with polymer. The fluorescence emission, stability, and response of these sensors to target analytes are confirmed using absorbance and near-infrared fluorescence spectroscopy. Furthermore, we demonstrate surface immobilization of the sensors onto glass slides to enable single-molecule fluorescence microscopy to characterize polymer adsorption and analyte binding kinetics.

We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

Reconhecimento Molecular de engenharia com Polymers Bio-mimético em únicos Walled nanotubos de carbono

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

Explorando sistemas poliméricos multifásicos por espectroscopia de infravermelho em nanoescala

Advances in Nanoscale Infrared Spectroscopy to Explore Multiphase Polymeric Systems

Multiphase polymeric systems encompass local domains with dimensions that can vary from a few tens of nanometers to several micrometers. Their composition is commonly assessed using infrared spectroscopy, which provides an average fingerprint of the various materials contained in the volume probed. However, this approach does not offer any details on the arrangement of the phases in the material. Interfacial regions between two polymeric phases, often in the nanoscale range, are also challenging to access. Photothermal nanoscale infrared spectroscopy monitors the local response of materials excited by infrared light with the sensitive probe of an atomic force microscope (AFM). While the technique is suitable for interrogating small features, such as individual proteins on pristine gold surfaces, the characterization of three-dimensional multicomponent materials is more elusive. This is due to a relatively large volume of material undergoing photothermal expansion, defined by the laser focalization onto the sample and by the thermal properties of the polymeric constituents, compared to the nanoscale region probed by the AFM tip. Using a polystyrene (PS) bead and a polyvinyl alcohol (PVA) film, we evaluate the spatial footprint of photothermal nanoscale infrared spectroscopy for surface analysis as a function of the position of PS in the PVA film. The effect of the feature position on the nanoscale infrared images is investigated, and spectra are acquired. Some perspectives on the future advances in the field of photothermal nanoscale infrared spectroscopy are provided, considering the characterization of complex systems with embedded polymeric structures.

Autor em destaque: Avanços na espectroscopia infravermelha em nanoescala para explorar sistemas poliméricos multifásicos  

This protocol describes the application of atomic force microscopy and nanoscale infrared spectroscopy to evaluate the performance of photothermal nanoscale infrared spectroscopy in the characterization of three-dimensional multi-polymeric samples.

Avanços em Espectroscopia de Infravermelho em Nanoescala para Explorar Sistemas Poliméricos Multifásicos

Multiphase polymeric systems encompass local domains with dimensions that can vary from a few tens of nanometers to several micrometers. Their composition ...

Implementação de um interferômetro de Referência para Nanodetection

Resumo

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Captura óptica de nanopartículas

Medição da Dispersão Não-linearidades de um Nanoparticle plasmonic Individual

Medição de Interferência Quântica em uma fonte de silício anel ressonador Photon

Plasmonic captura e liberação de nanopartículas em um ambiente de Monitoramento

Construção e operação de um sistema de Motor controlado por luz ouro Nanorod Rotary

Único Detecção de Moléculas livre-Label Usando Microtoroid ópticos Resonators

Assembléia, Tuning e Uso de um microscópio de campo Apertureless Near Infrared for Imaging Protein

Reconhecimento Molecular de engenharia com Polymers Bio-mimético em únicos Walled nanotubos de carbono

Avanços em Espectroscopia de Infravermelho em Nanoescala para Explorar Sistemas Poliméricos Multifásicos

Avanços em Espectroscopia de Infravermelho em Nanoescala para Explorar Sistemas Poliméricos Multifásicos