Name: optical trapping of nanoparticles
Uploaded: 2013-01-15T13:00:00
Duration: 13 min 39 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optical Trapping of Nanoparticles at JoVE.com

Vi anerkender Thorlabs for at sponsorere denne publikation og finansiering fra Natural Science and Engineering Research Council (NSERC) i Canada Discovery Grant. Vi takker Bryce Cyr og Douglas Rennehan til produktion assistance i tilblivelsen af ​​denne video artikel.

Princippet om SIBA trapping teknik er illustreret i fig. 1. Figur 2 er en skematisk afbildning af forsøgsopstillingen. 1. Optisk Trapping Setup For denne del af proceduren henvises til optisk indfangning kit manual 9 eller den optiske kraft målemodulet manual 10 for yderligere oplysninger om opsætning af kits. Bemærk, at en avalanche-fotodiode (APD) anvendes i stedet for en kvadrant positionsdetektor. For skruer ikke indgår i optisk indfangning kit, bruge dem i cylinderskruen og hardware kit (Thorlabs, HW-KIT2). Øjenbeskyttelse skal bæres på alle tidspunkter, når laseren er tændt. Sørg for, at strålen er indeholdt i et sikkert område og reflekterende tilbehør, såsom smykker, bør undgås. Også elektrostatisk afladning beskyttelse er tilrådeligt, når du håndterer laserdioder. <ol><li> Oprette den optiske pincet kit (Thorlabs, OTKB / M) og kraften foranstalturement modul (Thorlabs, OTKBFM) som pr deres respektive vejledninger. Et silicium-baserede avalanche fotodiode (APD) (Thorlabs, APD110A) anvendes i stedet for kraftmåling modulets (Thorlabs, OTKBFM) kvadrant positionsdetektor. </li><li> Tilslut APD til et oscilloskop (Tektronics, TDS1012) via et koaksialkabel. </li><li> Tilføje en halvbølge plade (Thorlabs, AHWP05M-980) inde i stråleekspander. Den halve bølge plade er fastgjort mellem to linse rør (Thorlabs, SM1L03). </li></ol> 2. Nanofabrikation <ol><li> Skær en guld-belagt prøveslide (EMF Corp, Cr / Au) i fire identiske stykker. Som et alternativ til de kommercielt tilgængelige objektglas, har vi også anvendt en 100 nm tyk Au film med en 2 nm Ti klæbelag afsættes ved e-beam deposition på en 1 inch kvadratisk objektglas ved en forhøjet substrattemperatur på 200 ° C i mindst 1 time. Dette frembringer en glat polykrystallinsk film. </li><li> Opret en bitmap billede af den dobbelt-nanohole struktur som input tilden fokuserede ion beam (FIB) system er en bitmap. Billedet består af to udfyldte cirkler, 160 nm i diameter med en midte til midte afstand på 190 nm. Denne skabelon skaber en spids adskillelse af cirka 15 nm. Mellem de kredse, kan en valgfri tynd linje placeres for at fjerne eventuelle rester metal i mellem spidserne. 3a viser et eksempel bitmapbillede. </li><li> Fremstille dobbelt-nanohole struktur ved hjælp af en FIB (Hitachi, FB-2100) fræsning system. Konverter bitmap i trin 2,2 i et FIB fræsning mønster (det mørke område i bitmap bliver fræset af FIB). Anvende en ion accelerationsspænding på 40 kV, en stråle begrænsende åbning på 15 um diameter under 60 K gange forstørrelse. Mill 80 passerer for hver dobbelt-nanohole med en 5 mikrosekunder dosis tid ved hver gennemgang. 3b viser en typisk resulterende struktur. Gentag efter behov. Flere nanoholes bør gøres for at muliggøre fejl. </li><li> Tilføj registrering markører, enten ved hjælp af FIB og / eller ved hog til at angive den omtrentlige placering af det dobbeltstrengede nanohole (s). </li><li> Eventuelt tager et SEM-billede af hullerne nøjagtigt vurdere struktur kvalitet og spidsen separation. </li></ol> 3. Mikrofluid Chamber Et procesdiagram til fremstilling af mikrofluid kammer er vist i figur 4.. <ol><li> Hæld 10 g polydimethylsiloxan (PDMS) base (Dow Corning Canada, Sylgard 184 silikoneelastomer Base) og yderligere 1 g af hærdningsmiddel (Dow Corning Canada, Sylgard 184 silikoneelastomer Hærder) til et engangsbæger. Blandes i et par minutter. </li><li> Evakuer blanding i vakuumkammer, indtil alle bobler er væk. </li><li> Hæld 1,5 g PDMS i en 9 cm diameter Petri-skål. Spin coating PDMS på bunden af petriskålen på 950 rpm for 65 sec. 4b viser resultatet. Tykkelsen er ikke kritisk, så længe den er under 80 um, guldfilmen er inden for den nederste mikroskop objective arbejdstid afstand. </li><li> Forsigtigt place 3-5 # 1.5 dækglas (Fisher Scientific, 12-541-B) på PDMS således at de ikke overlapper hinanden og evakuere i 30 minutter som vist i figur 4c. </li><li> Hvis dækglas flyttet og stablet oven på hinanden under evakuering, forsigtigt flytte dem fra hinanden. Der bør udvises forsigtighed for at holde PDMS under dækglas tynde og ensartede. </li><li> Hvis manipulation af dækglassene var påkrævet, evakuere petriskål igen i 30 minutter. </li><li> Fjern petriskål fra vakuumkammer og kog på varmepladen i 20 minutter ved 85 ° C. </li><li> Anvendelse af et barberblad, skåret ud af en af ​​låget glider derefter forsigtigt lirke ad slisken med fin spids pincet. Et tyndt lag af PDMS vil bo på dækglasset som PDMS er mere lim på dækglas end PMMA petriskålen som i figur 4e. </li><li> Skære en 3 x 3 mm vindue i PDMS med et barberblad som i figur 4f. Dette vindue vil danne kammeret, hvor nanoparticle løsning vil blive holdt. </li></ol> 4. Prøvefremstilling <ol><li> Fremstille et objektglas med en ¾ &quot;diameter hul i midten med akryl. Dette kan opnås med en laserskærer. Andre materialer kan anvendes. Guldet Prøven placeres inde i hullet. </li><li> Tape omkredsen af ​​hullet med dobbeltklæbende tape. Brug et barberblad til at skære overskydende tape. </li><li> Placer objektglas på dækglasset, PDMS opad. </li><li> Fortynd polystyren nanosphere opløsning (Thermo Scientific, 3020A) fra 1% vægt / volumen til 0,05% vægt / volumen med deioniseret vand. En mikropipette kan anvendes. </li><li> Tilføj et par dråber løsning i PDMS vindue. En dråbe på guldet prøve, hvor nanoholes er placeret. </li><li> Sted guld prøve oven på dækglas, således at de nanoholes er inde i PDMS vinduet. Sørg for, at bobler ikke er til stede inde i kammeret. Tryk på guld prøve mod dækglas og ising eventuel overskydende opløsning. </li><li> Hvis der anvendes en olieimmersion mål (som det er tilfældet her, men ikke nødvendigt), en dråbe immersionsolie på den modsatte side af dækglasset, under PDMS vinduet. Vær opmærksom på placeringen af ​​nanoholes. </li><li> Sæt objektglas i diasholderen, olie nedad, og sænk derefter slide holder indtil immersionsolie får kontakt med mikroskop mål. </li><li> Groft justere slide stadie, således at indikatoren mærker er under målet. </li><li> Følg indikatorstreger op til de nanoholes. Position slide således at indikatoren mærker og andre åbne områder er fjernet fra midten af ​​skærmen. Overdreven lystransmission kan beskadige APD. </li><li> Tænd laser. Som det frekvensfølsomme spejl ikke er perfekt, skal en plet nær midten af ​​skærmen fra laserstrålen vises. </li><li> Brug af piezo scene kontrol software, raffinere yderligere tilpasning på alle tre akser. </li></ol> 5. Data Acquisition <ol><li> Med Help af indikatoren mærker, skal du placere stedet tæt på en kendt nanohole placering. De nanoholes vil være for lille til at blive løst, og skal vises kun som pletter. </li><li> Lystransmissionen gennem prøven indikeres af signalniveauet på oscilloskopet. Yderligere tilpasning prøven at maksimere lystransmission. Vær forsigtig med indikator mærker og synlige og ikke-synlige ridser som lys transmission vil være høj i disse områder. Nanoholes vil vise pludselige spring i lystransmission mens ridser udviser mere gradvise ændringer. </li><li> Ved hjælp af waveplate, lyset polarisering justere for højeste lystransmission som dobbelt-nanohole struktur er polariseret. </li><li> For at minimere støj, bygge et RC-filter med breadboard, 200 kn modstand og 100 pF kondensator og forbinde den efter APD via et koaksialkabel. Disse værdier kan justeres til den bedste ydelse, overvejer båndbredde på data, der kræves erhvervelse. </li><li> Tilslut oscilloskop og data-rettenition modul (Omega, USB-4711A) til RC filter med koaksialkabler og T adapter. </li><li> Prøv det APD spænding ved hjælp af datafangst-modulet til den ønskede tid. Indfangningstider er typisk i de hundredvis af sekunder. I dette tilfælde blev en brugerdefineret software-pakke, der bruges til dataopsamling. Den spænding samples ved 2000 gange i sekundet. </li><li> Ved hjælp af Matlab, filtrere de indsamlede data ved hjælp af en Savitzky-Golay filter og plotte det mod tiden på en graf. </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>

Produktion og fri adgang til denne artikel er sponsoreret af Thorlabs.

Den nuværende opsætning har effektive fælder evner grund af strukturen af ​​nanohole. Denne nanohole fælder ~ 10 nm målestok dielektriske partikler ved lave optiske intensitet. Andre nye optiske fælder, omfatter optiske dipol antenner 11, hvisker-galleri-mode optiske resonatorer 12,13 og bølgeledere 14, men de typisk opererer i perturbative regime, som er begrænset af den inverse fjerde orden skalering af den krævede optiske effekt kontra partikel størrelse, til forskel fra SIBA og dobbelt-nanohole fælde. Alternative aperture figurer er også blevet præsenteret til indfangning, såsom en rektangulær plasmoniske nanopore 15. Andre gunstige egenskaber fremgår af den dobbelt-nanohole fælde omfatter partikelstørrelse-selektive opførsel 7, én trapping placering (for at begrænse multi-partikel trapping) og nem fremstilling 16. Som et alternativ til anvendelse af en FIB, kan dobbelt-nanoholes fremstilles ved anvendelse af en kolloid litografiy 6. Indfangning af biologiske materialer med stor polariserbarhed og størrelse har inkluderet bakterier 3, levende celler 17,2,18, den tobakmosaikvirus 3 og manipulation og udspænding af DNA-strenge bindes i enderne med store dielektriske partikler 19, men direkte indfangning af mindre biologiske prøver uden tethering fortsat udfordrende. Denne trapping konfiguration er stand til at opfange små dielektriske partikler ved lavere lysintensiteter end konventionelle lys pincet og den cirkulære nanohole, så små biologiske partikler, der skal afholdes i lange perioder uden skader eller tethering. Også, for fældefangst begivenheder udviser et højt signal-støj-forhold tillader denne opsætning at arbejde som en sensor og påvise de mindste biologiske partikler, såsom virus og proteiner. Faktisk har 20 nm polystyren kugler et brydningsindeks på 1,59, der er sammenlignelig med de mindste biologiske partiklersom virus. Denne metode kan blive en pålidelig og moden teknik til immobilisering og manipulation af nanopartikler, herunder biologiske partikler. Anvendelser af denne teknik omfatter integration i en mikrofluid miljø. I stedet for en enkelt mikrofluid kammer, vil en kanal blive anvendt til dynamisk at styre miljøet, ideelt til brydningsindeks sensing. En sådan opsætning ville blive fastsat i en enkelt mikrofluid chip, der fører til en mere stabil og robust opsætning og hurtigere analyser af opløste stoffer. En anden mulighed er udvikling af en fluorescenspåvisning ordning for karakterisering af enkelte fluorescerende-mærkede vira, halvleder kvantepunkter og grønne fluorescerende proteiner. Denne konfiguration har også potentiale til modifikation i en biosensor til en enkelt virus eller protein, hvilket tillader meget små prøver, der skal analyseres. Drug discovery 21 og sygdom og infektion afsløring 22 ville drage fordel af en enkelt protein-detektor. Raman spectroscopy kan inkorporeres til detektion af Raman-signalerne af partikler og enkelt binding events. Den dobbelt-nanohole struktur tillader stærke lokale felt forbedringer på de tips, passende for tip-forstærket Raman spektroskopi 23. En yderst specifik etiket-fri fremgangsmåde til materialekarakterisering ville også være muligt ved hjælp af Raman spektroskopi 24.

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn </td><td> Producent </td><td> Serienummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> Immersionsolie </td><td> Cargille Labs </td><td> 16.484 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 silikoneelastomer Kit </td><td> Dow Corning Canada </td><td></td><td> Antal: 1 Indeholder både PDMS base og hærder </td></tr><tr><td> Guldbelagt Testglassene </td><td> EMF Corp </td><td> Cr / Au </td><td> Antal: 1 En Ti klæbelag kan også anvendes </td></tr><tr><td> Ingen 1,5 Dækglas </td><td> Fisher Scientific </td><td> 12 til 541-B </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Fokuseret-Ion Beam System </td><td> Hitachi </td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td> Portable Data Acquisition Module </td><td> Omega Engineering </td><td> USB-4711A </td><td> Quantity: 1 </td></tr><tr><td> Lineær Stage </td><td> Parker </td><td> 4034M </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Laserdiode hoved og controller </td><td> Sacher LASERTECHNIK Group </td><td> TEC 120 </td><td> Antal: 1 Manuel Afstemmelige Littrow lasersystem </td></tr><tr><td> Digital Oscilloscope </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> 20 nm nanosphere Size Standards </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;Lens Mount </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> 0,3 &quot;Lens Tube </td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td> Antal: 2 </td></tr><tr><td> Absorberende ND 4,0 Filter </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Aluminum Breadboard </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Lavine fotodiode </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Digital Optical Power Meter </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> Antal: 1 Forældede, andre vil gøre </td></tr><tr><td> Force Measurement modul </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Kinematisk Mirror Mount </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> Antal: 1 Med nærheden IR Laser Quality Mirror </td></tr><tr><td> Laserdiode Constant Current driver </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> LD1255 Optisk Table Mounting Plate </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Monteret Akromatisk Half-Wave Plate </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> Antal: 1 690 - 1200 nm </td></tr><tr><td> Optisk Pincet Kit </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> Antal: 1 Metrisk eller Britisk </td></tr><tr><td> Stillingsindehaver Base </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> Antal: 2 </td></tr><tr><td> Power Supply </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Power Supply Cable </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Retvinklet Plate </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Indlæg Clamp </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Stainless Steel Optical Indlæg </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> Antal: 1 </td></tr><tr><td> Bordklemme </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> Antal: 2 Forældede, andre vil gøre </td></tr><tr><td> Termisk sensor </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> Antal: 1 For digital optisk power meter </td></tr><tr><td> 100 pF kondensator </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> 200 kOhm modstand </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Akryl Sheet </td><td></td><td></td><td> Mængde: 3 &quot;x 1&quot; Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Sortiment af koaksiale kabler, ledninger og stik </td><td></td><td></td><td> Efter behov </td></tr><tr><td> Breadboard </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Konkav Lens </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Diamond Cutter </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Dobbeltklæbende tape </td><td></td><td></td><td> Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Razor Blade </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Ethvert mærke, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Pincet </td><td></td><td></td><td> Antal: 1 Enhver brand, fin tippet </td></tr></tbody></table>

optical trapping of nanoparticles

Optisk indfangning er en teknik til immobilisering og manipulere små genstande på en blid måde ved hjælp af lys, og det er blevet bredt anvendt i indfangning og manipulering af små biologiske partikler. Ashkin og medarbejdere første gang demonstreret optisk pincet med en enkelt fokuseret stråle 1. Den enkelt stråle fælde kan beskrives nøjagtigt med perturbative gradient force formulering der er tale om små Rayleigh regime partikler 1. I perturbative regime, kræves den optiske effekt til at fange en partikel skalaer som den inverse fjerde potens af partikelstørrelsen. Høje optiske effekter kan beskadige dielektriske partikler og forårsage opvarmning. For eksempel blev fanget latex kugler af 109 nm i diameter ødelagt af en 15 mW stråle i 25 sek 1, som har alvorlige konsekvenser for biologisk materiale 2,3. En selvforskyldt back-handling (SIBA) optisk indfangning blev foreslået at fælde 50 nm polystyren kugler iikke-perturbative regime 4. I en ikke-perturbative regime, kan selv en lille partikel med ringe permittivitet kontrast til baggrunden i nævneværdig grad omgivende elektromagnetiske felt og inducerer en stor optisk kraft. Som en partikel kommer ind et belyst åbning, lystransmissionen øges dramatisk på grund af dielektrisk belastning. Hvis partiklen forsøger at forlade åbningen, reduceret transmission medfører en ændring i momentum udad fra hullet og ved Newtons tredje lov, resulterer i en kraft på partikeloverfladerne indad ind i hullet, fældefangst partiklen. Lystransmissionen kan overvåges, og derfor kan fælden være en sensor. The SIBA trapping Teknikken kan forbedres yderligere ved anvendelse af en dobbelt-nanohole struktur. Den dobbelt-nanohole struktur har vist sig at give en stærk lokal felt forbedring 5,6. Mellem de to skarpe spidser af dobbelt-nanohole, kan en lille partikel forårsage en stor ændring i optisk transmission, hvilket forårsager en stor optisk kraft. Som et resultat heraf kan mindre nanopartikler blive fanget, såsom 12 nm silikat kugler 7 og 3,4 nm hydrodynamiske radius bovint serumalbumin proteiner 8. I dette arbejde er den eksperimentelle konfiguration, der anvendes til nanopartikler trapping skitseret. Først skal vi detalje montering af trapping setup som er baseret på en Thorlabs Optisk Pincet Kit. Dernæst vil vi forklare den nanofabrikation procedure af dobbelt-nanohole i en metalfilm, at fremstillingen af ​​mikrofluid kammer og prøvefremstilling. Endelig har vi detaljeret datafangst, og tilvejebringer typiske resultater for fældefangst 20 nm polystyren nanosfærer.

<html> En typisk erhvervelse kurve er vist i figur 5a. En fangstøjeblikket er karakteristisk pludseligt, med en skarp kant, der viser en klar kontakt mellem to transmission effektniveauer. Da partiklerne er underlagt Brownsk bevægelse, vil de fældefangst hændelser forekommer tilfældigt. For 20 nm partikler, var transmission skifter fra fældefangst typisk omkring 5-10% og fældefangst gange, omkring 10-300 sek. Den typiske tid til at opnå en fangstøjeblikket for magt og koncentration skitseret ovenfor, er i størrelsesordenen et minut. På grund af sterisk hindring er det usædvanligt at se multiple partikel trapping samtidigt, selv når en partikel er frigivet, er det typisk efterfulgt af en fangstøjeblikket. Afhængigt af kvaliteten af ​​resultaterne, kan der være en vis stigning i støj på fanget tilstand. Denne støj stigning kommer fra brownske bevægelser af de fangne ​​partikler. Uden den fangede partikel, er det støjkilde ikke til stede. <html> _content &quot;&gt; Nogle artefakter kan dukke op i de resultater, der ikke er tegn på fældefangst begivenheder. Resultater viser drivende, langsomme ændringer i transmissionen over en periode på minutter, som vist i figur 5b, bør kasseres. Andre artefakter kan også være til stede sådan som inkonsekvente transmission ændringer, støjgener eller ingen diffusering overhovedet. For eksempel kan bobler forårsage diskontinuerlige intensitet hopper, hvis man ikke passer på at sikre, at kammeret er boble-fri. Disse bobler vil reagere forskelligt på fældefangst begivenheder i form af dynamiske adfærd og intensitet forandring, og så de er let genkendelige. Sådanne symptomer kan være forårsaget af en dårlig dobbelt-nanohole struktur, forurenende stoffer eller mekaniske vibrationer. En rolig, lav aktivitet Indstillingen anbefales at placere denne opsætning. Også, så laser og tidspunkt at afvikle et par minutter efter justering kan hjælpe så godt. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; Figur 1 subwavelength åbning optisk transmission: a) Uden partikel b) Øget transmission på grund af dielektrisk partikel, c) Hvis partikel forsøger at forlade, vil faldet i lyset momentum (AT) føre en kraft (F) på partiklen hensyn til. trække den tilbage i hullet, d) Red-forskydning af transmissionen kurven forårsaget af partiklen, der fører til ændringen i transmission AT. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . Figur 2 a) Samlet skematisk af fældefangst setup, er udvidelsen af rød cirkel vist i b) b) Udvidelsen viser dobbelt-nanohole, og nanospheres inde i PDMS kammer, c) SEM billede af dobbelt-nanohole struktur. Brugte forkortelser: LD = laserdiode, ODF = optisk tæthed filter, HWP = halvbølge plade, BE = stråle expander, MR = spejl, MO = mikroskop mål; OI MO = olie immersionen mikroskop målsætning; DH = dobbelt-nanohole, APD = lavine fotodetektor. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> Figur 3 a) Eksempel bitmap tal, der anvendes i FIB fremstilling. B) Et SEM-billede af en dobbelt-nanohole. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> Figur 4. Procesdiagram til fremstilling af mikrofluid kammer. <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> Figur 5. (A) Typisk erhvervelse af fældefangst events med 20 nm polystyren kugler. (B) En dårlig erhvervelse viser akut drifting.

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

Optical Trapping of Nanoparticles

Følgende opsætning tilgang detaljer lavt strømforbrug optisk fældefangst af dielektrisk nanopartikler ved hjælp af en dobbelt-nanohole i metalfilm.

Optisk diffusering af nanopartikler

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

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

Polykrystallinske silicium tynd-film solceller med plasmoniske-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 ...

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Konstruktion og prøvning af Coin celler af lithium-ion batterier

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

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Opdigte Metamaterialer Brug af Fiber Tegning Method

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

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

Opførelse af en høj opløsning Mikroskop med konventionelle og Holografisk Optiske fældefangst Capabilities

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

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

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

Analyse af Bevægelse af Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Ved optisk sporing af plasmoniske Nanopartikler

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

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Kortlægning af Individuelle Nanopartikler

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

Fabrikation og Drift af et Nano-Optical transportbånd

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

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

Integration af Light fældefangst Sølv Nanostrukturer i hydrogeneret Mikrokrystallinsk silicium solceller ved Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Skrivning Bragg Riste i Multicore Fibers

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

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

Kompakt Lens-mindre Digital Holografisk Microscope for MEMS Inspektion og karakterisering

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...