Ayrıca Xiaoyu Miao ve Ben Wilson içinde açıklanan yöntemlerden en iyi şekilde geliştirmek için teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı (DBI 0.454.324) ve Ulusal Sağlık Enstitüsü (R21 EB005183) ve KSK için NIGMS PHS NRSA T32 GM07270 tarafından finanse edildi.

1. Rastgele Au Nanopartikül Dizi Fabrikasyon 8,10,12,14 <ol><li> Au nanoparçacık dizi, ilk önce yoğun bir tabaka ortalama çapı 454 nm ile rastgele adsorbe lateks küre yapılır bir şablon oluşturarak oluşur. Bu yapışma tabakası olarak krom kullanarak 20 nm kalınlığında bir cam lamel ilk buharlaşan altın tarafından sağlanır. </li><li> Polistren alanında tek tabaka daha sonra bir karışım altın kaplamalı substrat teşhir ederek kendini monte 1-etil-3-(3-Gaz sistemlerinde) carbodiimide hidroklorür (EDC), lateks alanında süspansiyon ve de-iyonize su. </li><li> Adsorpsiyon süreci yaklaşık bir saat sürecek izin verilir ve absorbe olmayan küreler uzak bir bol miktarda su ile yıkanır. </li><li> Oluşan tek tabaka kuru hava verilir. </li><li> Son olarak, altın bir 20 nm lateks alanında tek tabakalı rasgele altın nanoparçacık dizi oluşturacak şekilde buharlaştırılır. </li><li> Bir SEM varsa, AuNP dizi Şekil 1 ve sürecin bir diyagram Şekil 8&#39;de gösterildiği gibi bakmak SEM altında görülebilir. </li></ol> 2. Biyolojik Örnek hazırlanması 9,11 <ol><li> Optik yakalama fare hücre çekirdekleri için örnek hazırlama gösterilmiştir. </li><li> Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi&#39;nde Tewari grup Akridin Orange boya ile etiketlenmiş 3T3 fare hücre çekirdekleri elde edildi. </li><li> (BSA: 10: Fare Hücre Çekirdekler)% 10 Serum Albumin (BSA), fosfat tamponlu salin (PBS) Sığır, yaklaşık 1 bir konsantrasyon fare hücre çekirdekleri eklenir. BSA çekirdekleri yüzeye yapışmasını önlemeye yardımcı olur. </li><li> Sonication kullanarak çözüm karıştırın. </li><li> Bizim çözüm 5 uL alüminyum ızgara dizi lamel üzerine yatırılır. Çözüm yatırılır sonra örnek taşımak zorunda değilsiniz böylece mikroskop sahnede alüminyum ızgara ile bu adımı gerçekleştirmek için daha iyidir. </li><li> Lamelleri &quot;1&quot; iki 1 iki yığınlarının örnek görülüyor beşinci lamel desteklemek için kullanılır. </li><li> Görüntülemek için örnek mikroskop altında yerleştirin. </li></ol> 3. Yakalama için Yöntemi <ol><li> Optik cımbız, 633 nm lazer radyasyonu örnek ulaşmak için izin değiştirilmiş bir GFP 17 filtre seti ile donatılmış bir Zeiss Axio Imager.D1M ile 35 mW helyum neon lazer göndererek inşa edilmiştir. </li><li> Zeiss LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x objektif çapı yaklaşık 5 mikron hücre çekirdekleri görüntü için kullanılır. </li><li> Örnek hedefi altında yerleştirildikten sonra, mikroskop altın nanoparçacık dizi veya kırınım ızgarası üzerinde odaklanır. </li><li> Odak noktası yakalamak isteyen çekirdekleri elde edilene kadar dikey mikroskop Çevir. </li><li> Parçacık ve parçacık üzerine yerleştirin lazer tuzağı spot sonra sahne çevrilmiş olsa bile lazer nokta konumunu korumak gerekir. </li></ol> 4. Temsilcisi Sonuçlar: Rastgele altın nanoparçacık dizi prosedürleri Şekil 1 gibi bakmak için bir SEM altında görülebilir AuNP Kullanıcı bir tek tabaka yatırmanız gerekmektedir. Bu plasmonic cımbız tarafından oluşturulan yakalama gücü standart optik cımbız tarafından üretilen kuvvet 10-20 kez olabilir. Plasmonic cımbız parçacık hapsi ulaşmak için gerekli asgari şiddetleri Şekil 4&#39;te çeşitli boyutlarda parçacıklar gösterilmiştir. 9,10 kırınım ızgarası, altın nanodots oranla 20 kat daha yüksek yakalama verimliliği yakalama ve uyum sağlamıştır ve küçük olarak yakalama elde edebiliriz 17 uW / um 2 (Şekil 7). 11 <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> Şekil 1 10 (a) SEM kendi kendine monte altın nanoparçacıkların. Bireysel altın nanoparçacıkların çapı yaklaşık 450 nm. (B) yakın alan radyasyon gösteren nanoparçacık dağılımı seyrek plasmonic substrat NSOM görüntü,. Ikaz lazer dalga boyu 633 nm. (C), (b) kırmızı kare ile işaretlenmiş alan Yüksek büyütme. (D) 624 nm&#39;de pik gösteren plasmonic substrat Saçılma verimliliği spektrumu. 668 nm&#39;de pik gösteren plasmonic substrat (e) Absorbsiyon verimliliği spektrumu. <img alt="Şekil 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> Şekil 2 13 (a) Au nanokürecikler rastgele bir 2B alanı 1 x 1 mikron 2 dağıtılmıştır. Her mavi nokta Nanokürecikli merkezi (a = 60 nm) temsil eder. Rasgele Nanokürecikli dizi paralel gözlem uçakları saçılma alan dağıtımları, (b) &#39;de gösterilmiştir (e). Nanokürecikli dizi düzgün, 540 nm dalga boyunda bir uçak dalga tarafından aydınlatılır . Çevreleyen ortamın kırılma indisi 1.33. PolaX-ekseni boyunca ((a) yatay) düzlem dalga puan rization yönü. Olay elektrik alanının büyüklüğü hesaplamada 1 olduğu varsayılır. : Gözlem uçağı ve Nanokürecikli dizi arasındaki ayrımı h. olarak tanımlanan b) h = a. c) h = 2a. d) h = λ. e) h = 2λ. <img alt="Şekil 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> Şekil 3 9 şematik bir bypass eksitasyon filtresi ve yerini dikroik bir kiriş-ayırıcı dahil olmak üzere özel floresan mikroskop yapılandırma. Bu eş zamanlı yakalama ve floresan görüntüleme için kullanılan yapılandırma. <img alt="Şekil 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> Şekil 4 10 çevreleyen plasmonic yakalama kullanan sıvı akış hızı bir fonksiyonu olarak tuzak korumak için en az lazer yoğunluğu. Tüm optik yoğunlukları, mikroskop amacı altında örnek düzlemde ölçülür. (A) - (f), sırasıyla tek polistren boncuk çapı 7.3, 6.3 (küresel), 5.0, 3.9, 2.5 ve 1.1 mikron ile ölçüm sonuçlarını gösterir. Parçalar, parçacıkların ilgili mikroskobik görüntüleri göstermektedir. Tüm görüntüleri ölçekli barlar, 5 mm uzunluğu temsil eder. <img alt="Şekil 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> Şekil 5 10 Şekil kökeni ile donatılmış hattının eğimi. 4 plasmonic yakalama partikül boyutu karşısında. Hata çubukları doğrusal uyan standart sapmalar göstermektedir. Şekil monte hattının eğimi (optik yoğunluğu eşik ve akış hızını arasındaki oran). 4, özellikle daha küçük parçacıkların plasmonic yakalama avantajı gösteren, bu şekilde gösterildiği gibi bir parçacık boyutu ile yaklaşık doğrusal bir ilişki vardır. <img alt="Şekil 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> Şekil 1-D periyodik nanoyapıların kullanan gelişmiş optik yakalama 6 11 (a) şematik çizim. Olay ışını uzak alan periyodik nano Kırınan. (B) uzak alan iki dik kutuplaşmalar nano ile ışık yoğunluğu dağılımı. (B) FDTD simülasyonları kullanarak elde edilen 417 nm süre ile bir alüminyum ızgara yüzeyi az iki dik polarizasyon, ışık yoğunluğu dağılımı. Dağıtım düz bir alüminyum yüzey yoğunluğuna normalize. (C) ve (d), (c) 350 nm polistren boncuk ve boncuk (d) 1 mikron polistiren doğrudan parçacığın ızgara yüzeyi karşı konumunu yukarıda parçacıklar Yakalama potansiyeli. Beyaz daireler parçacıkların boyutlarını göstermektedir. Parçalar için, düz bir alüminyum yüzey üzerinde karşılaştırmalar aynı parçacık boyutu yakalama potansiyeli gösteriyor. Değerler her bir parçacık boyutu için normalize edilirler. Tüm FDTD simülasyon rakamlar için görüş alanı 10 x 8 mikron 2. <img alt="Şekil 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> Şekil 7. 11 (a) Tuzak verim ve minimum yakalama yoğunluğu ışın polarizasyon dikey ızgara hatları ile çeşitli boyutlarda polistiren boncuklar ölçülen. Ankastre gösterir tuzak ızgaranın kurallara 3.87 um polistren boncuk dik ve paralel çeviri için yakalama verimlilik asimetri. Izgara ışık polarize dik düz bir çizgi (büyük asimetri) elde edilir, ve çizgi çizgi (küçük asimetri), ızgara ışık polarize paralel elde edilir. Ünitesi (pN [mW / mikron 2] -1). (B) - (d) floresan 590 nm polistren boncuk Yakalama gösteri. Kırmızı bir daire görülebilir lazer ışığı çok loş olduğu gibi, lazer nokta konumunu gösterir. İlk başta güç parçacık yakalama gücü üstesinden Brown hareketi indirilir parçacık parçacık kaçmak için izin veren, yüksek güç spot içinde sıkışmış. (E) - (g) Yakalama gösteri floresan yumurtalık kanseri hücre çekirdeğinde. Yakalama başlatmak için gerekli olan minimum yoğunluğu 16 μW / 20x objektif lens kullanılarak elde mikron 2 oldu. <img alt="Şekil 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> Şekil a) cam lamel Cr ve Au ince bir tabaka Buharlaşma: kap-biçimli altın nanoparçacıkların 8 14 İmalat prosedürü. b) 1 saat küre polistren alanında süspansiyon ve adsorpsiyon maruz kalma. c)-adsorbe olmayan polistiren küreler ve yüzeyin kuruması kaldırılması. d) Au şablon küre üstüne başka bir katman Buharlaşma. e) Au sadece şablon kürelerin üst yan kapaklar şeklinde kap-Au nanoparçacık dizi şematik.

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

Çıkar çatışması ilan etti.

Bu yakalama yöntemlerinin önemi, 10 3 μW / mikron 2 yerde 10 μW / mikron 2 sırasını sipariş üzerine bir yerden sürekli yakalama için gerekli olan optik yoğunluğunu azaltmak için bu tekniklerin 10,11 sınırlamalar altın nanoparçacık dizi, aşılması gereken ısıtma konular deneyimleri vardır. Bu sorunu aşmak için, bir yalıtkan malzemeden oluşan bir 2D fotonik kristal yapısı kullanılabilir. Böyle bir yapı teorik olarak düşük optik yoğunluğu ve ...

<table border="1"><tr><td> Malzeme Adı </td><td> Tip </td><td> Şirket </td><td> Katalog Numarası </td><td> Yorum </td></tr><tr><td> Axio Imager Mikroskop </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> Mikroskop Amaç </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Zeiss Mikroskop Kamera </td><td> AxioCam MRC </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Helyum Neon Laser </td><td> 35 mW </td><td> Araştırma Elektro-Optik </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Değişken Aramasında Susturucu </td><td> Sürekli Değişken ND </td><td> ThorLabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> Mikroskop yoğunluğunu ayarlamak için </td></tr><tr><td> Zeiss Filtre Seti </td><td> Filtre Seti # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> Filtre Seti # 17 </td></tr><tr><td> Mikroskop Slaytlar </td><td> 0.5 mm kalınlığında </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 fare hücre çekirdekleri </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi </td><td> Mümkün olduğunca soğuk hava deposu </td></tr><tr><td> Akridin Turuncu boya </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi </td><td></td></tr><tr><td> Sığır Serum Albumin </td><td> PBS içinde 1 ile 10 rasyon </td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi </td><td></td></tr><tr><td> 454 nm polistiren lateks küreler </td><td></td><td> Polysciences, Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimide hidroklorür (EDC) </td><td> 1-etil-3-(3-Gaz sistemlerinde) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> altın (birikimi için) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Yansıtıcı hüküm kırınım ızgarası </td><td></td><td> Edmund Optik </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Fosfat Tamponlu Salin (PBS) </td><td> Dulbecco&#39;nun fosfat tamponlu salin (D-PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

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

Mikronaltı parçacıkların konumunu ve yönünü işlemek için bir yöntem nondestructively temel biyolojik araştırmalar için son derece yararlı bir araç olacaktır. Belki küçük parçacıklar noninvaziv manipülasyon elde etmek için en yaygın kullanılan fiziksel kuvvet (DEP) dielectrophoresis olmuştur. 1 Bununla birlikte, kendi DEP, çok yönlü ve hassas hücreleri manipüle geleneksel sabit elektrotlar ile yapılır bu yana istenilen yoksun. Küçük parçacıklar kuvvet uygulamak için üç boyutlu elektromanyetik alan degrade kullanan Optik cımbız, bu çok yönlü ve hassas elde 2 Ancak, bu yaklaşımın önemli bir dezavantajı, bir parçacık yakalamak için gerekli gücü elde etmek için gerekli olan yüksek radyasyon yoğunluğu biyolojik örnekler zarar verebilir 3 yakalama ve sıralama düşük optik yoğunluk sağlayan bir çözüm optoelektronik cımbız (OET) ama OET küçük parçacıklarının ince manipülasyon ile sınırlamaları vardır;. DEP-tabanlı teknoloji aynı zamanda çözümün mülkiyet üzerinde kısıtlama koyar 4 , 5 Bu video makalede, canlı hücreler optik manipülasyonu için gerekli radyasyon yoğunluğunu azaltmak ve aynı zamanda yönlendirme kontrolü için bir yöntem tarif iki yöntem anlatacağım. İlk yöntem, Şekil 1&#39;de gösterildiği gibi, rastgele bir altın nanoparçacık (AuNP) dizi örnek için bir substrat olarak kullanan plasmonic cımbız. AuNP dizi bu rezonans dipol momentleri oluşan lokalize yüzey plazmonları (LSP) olay fotonlar yayar ve hücre çözümü büyük bir degrade desenli radyasyon alan oluşturmak dönüştürür. İlk iş Righini ark ve kendi modelleme yüzey plazmon gelişmiş yakalama tuzakları parçacık 6,7,8 plasmonic yaklaşım ince sağlar plasmonic substrat tarafından üretilen alanlar degrade alanını arttırarak gerekli olan ilk yoğunluğunu azaltmak göstermiştir çünkü, mekanik enerji ve dipol-bağımlı bir radyasyon alanı içine daha verimli optik enerji dönüşüm düşük optik yoğunluk elips parçacıklar ve hücrelerin yönlendirme kontrolü. Bu alanlar, Şekil 2&#39;de gösterildiği ve düşük yakalama şiddetleri 4 ve 5 rakamları ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Plasmonic cımbız ile ana sorunların LSP hatırı sayılır bir miktarda ısı üretmek olduğunu ve yakalama sadece iki boyutlu. Bu ısı, tuzak Mikronaltı parçacıkları çıkarmak için yeterli güçlü olabilir konvektif akar ve thermophoresis üretir. 9,10 anlatacağım ikinci yaklaşım, kırınım modları Şekil 6&#39;da gösterildiği gibi çok verimli bir şekilde dağılım ışık periyodik dielektrik nanoyapıların kullanmaktadır 11 İdeal olarak, bir plasmonic cımbız ile yaşanan aynı ısıtma sorunlardan kaçınmak için bir yalıtkan malzemenin bu yapı yapmak istiyorsunuz ama bizim yaklaşımımız bir alüminyum kaplı bir kırınım ızgarası, tek boyutlu periyodik dielektrik nano olarak kullanılır. Bir yarı iletken olmamasına rağmen, önemli bir ısıtma deneyim ve Şekil 7&#39;de gösterildiği gibi düşük yakalama şiddetleri ile küçük parçacıklar, etkin sıkışıp vermedi. Izgara substratı olan parçacıkların uyum, kavramsal bir 2-B fotonik kristal olmayan küresel mikron boyutlu parçacıklar kesin dönüş olanak verebilecek önermeyi doğrular bu optik tuzakları 10 verimlilikleri nedeniyle açıklanan nanoyapıların tarafından üretilen gelişmiş alanları artar Bu kağıt.

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

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

Plasmonic cımbız ve fotonik kristal nanoyapıların optik yakalama mikro ve nano-parçacıklar verimlilik ve yönlendirme kontrolü yararlı geliştirmeler üretmek için gösterilmiştir.

Gelişmiş mikro ve Nanopartikül Manipülasyon Plasmonic ve Fotonik Kristal Nanoyapıların Kullanımı

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

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.2K Görüntüleme.  University of Washington. Plasmonic cımbız ve fotonik kristal nanoyapıların optik yakalama mikro ve nano-parçacıklar verimlilik ve yönlendirme kontrolü yararlı geliştirmeler üretmek için gösterilmiştir.

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

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

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

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

İletken Mürekkepler düzlemsel ve Üç Boyutlu Baskı

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

Biyomühendislik

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

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

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

Monolayer sentezi, Montaj ve Karakterizasyonu Protein Monolayer Elektrokimya Korumalı Altın Nanopartikül Filmler

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

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

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

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

Polimerik Gen Taşıyıcı Değerlendirilmesi Nanoparçacık İzleme Analizi ve Yüksek throughput Flow Sitometri tarafından Nanopartiküller

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

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

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

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

Mikro Kan akış hızı Profil ölçümleri için mikro-parçacık imaj velosimetri

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

ECM Protein Nanofibers and Nanostructures Engineered Using Surface-initiated Assembly

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

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

ECM Protein Nanofiberler ve Nanoyapılar İşlenmiş Kullanılarak Yüzey başlatılan Meclisi

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

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

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

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

Monodomain Sıvı Kristal Elastomerler ve Likit Kristal Elastomer Nanokompozitlerinin Hazırlanması

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

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

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

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

Etanol ile lignoselüloz biyo dönüşümünü için Sağlam Pentoz-fermente Maya Evrimi Teknikleri

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

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

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

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

Parazit Mikro / Nanoparçacık Hücre Mühendisliği mikroakışkan Tampon Değişim

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

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

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

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

Sıvı Kristal Nanopartikül Carrier bir Hidrofobik Kargo Encapsulated, hedeflenen Plazma Zarı Teslimat

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

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

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

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

3D Mekansal Hücre Kültürleri için hücre yapı iskeleleri olarak biyo-uyumlu sıvı kristal Elastomer Köpüklerin sentezi

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