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

Wij erkennen Thorlabs voor sponsoring deze publicatie en de financiering van het Natural Science and Engineering Research Council (NSERC) van Canada Discovery Grant. Wij danken Bryce Cyr en Douglas Rennehan voor productie assistentie bij het maken van deze video artikel.

Het principe van de SIBA traptechniek wordt geïllustreerd in figuur 1. Figuur 2 is een schematische weergave van de experimentele opstelling. 1. Optische overvullen instellen Voor dit deel van de procedure vindt u in de optische trapping kit handleiding 9 of de optische kracht meetmodule handleiding 10 voor meer informatie over het instellen van de kits. Merk op dat een lawine fotodiode (APD) wordt gebruikt in plaats van een kwadrant positiedetector. Voor schroeven niet in de optische trapping kit, gebruiken die in de kolomschroef en hardware kit (Thorlabs, HW-KIT2). Bescherming van de ogen te worden gedragen te allen tijde wanneer de laser is ingeschakeld. Zorg ervoor dat de bundel zich in een veilige omgeving en reflecterende accessoires zoals sieraden, moet worden vermeden. Ook bescherming tegen elektrostatische ontlading is aan te raden bij het hanteren van laserdiodes. <ol><li> Stel de optische pincet kit (Thorlabs, OTKB / M) en de kracht maatreurement module (Thorlabs, OTKBFM) als per hun respectievelijke handleidingen. Een op basis van silicium lawine fotodiode (APD) (Thorlabs, APD110A) wordt in plaats van de krachtmeting module (Thorlabs, OTKBFM) gebruikt kwadrant positie detector. </li><li> Sluit de APD op een oscilloscoop (Tektronics, TDS1012) via een coaxiale kabel. </li><li> Voeg een halve golf plaat (Thorlabs, AHWP05M-980) in de beam expander. De half-wave plaat is bevestigd tussen twee lens buizen (Thorlabs, SM1L03). </li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> Snijd een goud gecoate objectglaasje (EMF Corp, Cr / Au) in vier identieke stukken. Als alternatief voor de in de handel verkrijgbare slides, hebben we ook een 100 nm dikke Au film met een 2 nm Ti hechtingslaag gedeponeerd door e-beam depositie op een 1 inch vierkante glasplaatje bij verhoogde substraat temperatuur van 200 ° C gedurende minste 1 uur. Dit levert een gladde polykristallijne film. </li><li> Maak een bitmap-afbeelding van de dubbele nanohole structuur als de input voorde focused ion beam (FIB) systeem is een bitmap. Het beeld bestaat uit twee vaste cirkels, 160 nm in diameter met een hart op hart afstand van 190 nm. Dit sjabloon maakt een tip scheiding van ongeveer 15 nm. Tussen de cirkels kan een optionele dunne lijn te worden geplaatst om eventuele resten metalen te verwijderen tussen de tips. Figuur 3a toont een voorbeeld bitmapafbeelding. </li><li> Fabriceren van de dubbel-nanohole structuur met behulp van een FIB (Hitachi, FB-2100) freessysteem. Converteer de bitmap in stap 2.2 in een FIB frezen patroon (het donkere gebied in de bitmap wordt gemalen door de FIB). Gebruik een ion versnellingsspanning van 40 kV, een bundel begrenzende opening van 15 micrometer diameter onder 60 K maal vergroting. Molen passeert tachtig per dubbele nanohole met een 5 psec dosis Tijd op elke doorgang. Figuur 3b toont een typische resulterende structuur. Herhaal dit zo nodig. Meerdere nanogaatjes moeten worden gemaakt als mogelijk te maken fouten. </li><li> Voeg registratie markers, hetzij met de FIB en / of hen om de locatie van de dubbele nanohole (s) geven. </li><li> Optioneel, neem een ​​SEM-beeld van de gaten om nauwkeurig te evalueren structuur kwaliteit en fooi scheiding. </li></ol> 3. Microfluïdische Kamer Een stroomschema voor het vervaardigen van de microfluïdische kamer wordt getoond in figuur 4. <ol><li> Giet 10 g polydimethylsiloxaan (PDMS) base (Dow Corning Canada, Sylgard 184 siliconelastomeerfase Base) en nog 1 g hardingsmiddel (Dow Corning Canada, Sylgard 184 siliconelastomeerfase Curing Agent) in een eenmalige beker. Meng gedurende enkele minuten. </li><li> Evacueer mengsel in vacuümkamer totdat alle luchtbellen zijn verdwenen. </li><li> Pour 1,5 g PDMS in een 9 cm diameter Petrischaal. Spin laag PDMS onderaan petrischaal bij 950 rpm gedurende 65 sec. Figuur 4b toont het resultaat. De dikte is niet kritisch zolang het onder 80 pm, de gouden film in de onderste microscoop objectiviteitwerkafstand e&#39;s. </li><li> Plaats voorzichtig 3-5 # 1.5 dekglaasjes (Fisher Scientific, 12-541-B) op de PDMS zodanig dat zij elkaar niet overlappen en evacueren gedurende 30 minuten zoals getoond in figuur 4c. </li><li> Als coverslips verplaatst en gestapeld op de top van elkaar tijdens evacuatie, beweeg ze uit elkaar. Moet voorzichtigheid worden betracht ten aanzien van PDMS te houden onder dekglaasjes dun en uniform. </li><li> Als manipulatie van dekglaasjes moest opnieuw geëvacueerd petrischaal gedurende 30 minuten. </li><li> Verwijderen petrischaal van vacuümkamer en koken hete plaat gedurende 20 min bij 85 ° C. </li><li> Met behulp van een scheermesje, uitgesneden op een van de dekglaasjes dan voorzichtig los te wrikken van de glijbaan met fijne punt pincet. Een dunne laag van PDMS blijft op het dekglaasje zoals PDMS is kleefmiddel het glas dekglaasje dan PMMA petrischaal zoals in figuur 4e. </li><li> Snijd een 3 x 3 mm venster in het PDMS met een scheermes zoals in figuur 4f. Dit venster vormt de ruimte waarin de nanoparticle oplossing zal worden gehouden. </li></ol> 4. Monstervoorbereiding <ol><li> Fabriceren een microscoopglaasje met een ¾ &quot;gat in het midden met acryl. Dit kan worden bereikt met een lasersnijmachine. Andere materialen kunnen worden gebruikt. Het goud monster wordt geplaatst in het gat. </li><li> Tape de omtrek van het gat met dubbelzijdige tape. Gebruik een scheermesje om het overtollige tape af te snijden. </li><li> Plaats microscoopglaasje op de dekglaasje, PDMS naar boven. </li><li> Verdun de polystyreen nanosphere oplossing (Thermo Scientific, 3020A) 1% w / v en 0,05% w / v met gedeïoniseerd water. Een micropipet worden gebruikt. </li><li> Voeg een paar druppels van de oplossing in het PDMS-venster. Voeg een druppel op de gouden monster waarin de nanogaatjes zich bevinden. </li><li> Plaats gouden monster op de top van dekglaasjes zodanig dat de nanogaatjes zich binnen de PDMS-venster. Zorg ervoor dat belletjes zijn niet aanwezig in de kamer. Druk op goud monster tegen dekglaasje en dep de overtollige oplossing. </li><li> Bij gebruik van een olie-immersie objectief (zoals hier het geval is, maar niet noodzakelijk), een druppeltje olie-immersie aan de andere kant van het dekglaasje, onder het PDMS venster. Let op de locatie van de nanogaatjes. </li><li> Plaats microscoop dia in diahouder, olie naar beneden, en zet diahouder tot immersie olie in contact komt met de microscoop doelstelling. </li><li> Ongeveer lijn slide stadium, zodat indicator merken onder de doelstelling. </li><li> Volg indicator lijnen in de aanloop naar de nanogaatjes. Positie glijbaan zodat indicator merken en andere open gebieden worden gewist van het scherm centrum. Overmatige lichttransmissie kan schade aan de APD. </li><li> Zet laser. Aangezien de dichroïsche spiegel niet werkte, een plek nabij het centrum van het scherm van de laserstraal weergegeven. </li><li> Met behulp van de piëzo podium besturingssoftware, een verfijning van de afstemming op alle drie de assen. </li></ol> 5. Data Acquisition <ol><li> Met de help van de indicator merken, de positie van de plek dicht bij een bekende nanohole locatie. De nanogaatjes te klein zal zijn op te lossen en mag alleen verschijnen als vlekken. </li><li> De lichttransmissie door het monster wordt door het signaalniveau op de oscilloscoop. Verdere aanpassing van de steekproef om lichttransmissie te maximaliseren. Wees voorzichtig met indicator merken en zichtbare en niet-zichtbare krassen als lichttransmissie zal hoog zijn in deze gebieden. Nanogaatjes toont plotselinge sprongen in de lichttransmissie, terwijl krassen vertonen meer geleidelijke veranderingen. </li><li> Met behulp van de golfplaat, past u de polarisatie van het licht voor de hoogste lichttransmissie als de dubbele-nanohole structuur is gepolariseerd. </li><li> Om ruis te verminderen, bouwen aan een RC-filter met het breadboard, 200 kOhm weerstand en 100 pF condensator en sluit deze na de APD via een coaxiale kabel. Deze waarden kunnen worden aangepast voor de beste prestaties, rekening houdend met de bandbreedte van de benodigde data-acquisitie. </li><li> Sluit oscilloscoop en gegevens acquisbankwezen in module (Omega, USB-4711A) om de RC-filter met coaxiale kabels en T-adapter. </li><li> Proef de APD de spanning met behulp van de data-acquisitie module voor de gewenste tijd. Zoektijden zijn meestal in de honderden seconden. In dit geval werd een aangepaste software voor data-acquisitie. De spanning wordt bemonsterd bij 2000 maal per seconde. </li><li> Met behulp van Matlab, filteren de verkregen gegevens met behulp van een Savitzky-Golay filter en plotten het tegen de tijd in een grafiek. </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>

Productie en gratis toegang tot dit artikel wordt gesponsord door Thorlabs.

De huidige opstelling is effectief trapping mogelijkheden vanwege de structuur van de nanohole. Dit nanohole vallen ~ 10 nm-schaal diëlektrische deeltjes bij lage optische intensiteiten. Andere nieuwe optische vallen omvatten optische dipoolantennes 11, whispering-gallery-mode optische golfgeleiders resonators 12,13 en 14, maar ze werken meestal in de perturbatieve regime, die wordt begrensd door de inverse vierde orde schaling van het gewenste optische vermogen versus deeltjesgrootte grootte, in tegenstelling tot de SIBA en dubbelklik nanohole val. Alternatieve opening vormen zijn ook voorgesteld voor het vangen, zoals een rechthoekige plasmon nanogaatje 15. Andere gunstige eigenschappen getoond door de dubbele nanohole trap omvatten deeltjesgrootte-selectief gedrag 7, een trapping locatie (met multi-deeltjes trapping beperken) en het gemak van fabricage 16. Als alternatief voor een FIB kunnen dubbele nanogaatjes worden vervaardigd met een colloïdale lithografiey 6. Vangst van biologische materialen van grote polariseerbaarheid en grootte heeft opgenomen bacteriën 3, levende cellen 17,2,18 de tabak mozaïek virus 3 en manipulatie en strekken van DNA strengen vastgemaakt aan de uiteinden voorzien grote diëlektrische deeltjes 19, maar direct trapping kleinere biologische monsters zonder tethering blijft uitdagend. Dit trapping configuratie is in staat om het vangen kleine diëlektrische deeltjes bij een lage lichtintensiteit dan klassieke pincet en de ronde nanohole, waardoor kleine biologische deeltjes worden aangehouden voor langere tijd zonder schade of tethering. Ook de trapping gebeurtenissen vertonen een hoge signaal-ruisverhouding waardoor deze te laten werken als een gevoelige sensor en de kleinste biologische deeltjes zoals virussen en eiwitten te detecteren. In feite 20 nm polystyreen bolletjes hebben een brekingsindex van 1,59 vergelijkbaar met de kleinste deeltjes biologischzoals virussen. Deze methode kan een betrouwbare en volwassen techniek voor immobilisatie en manipulatie van nanodeeltjes, waaronder biologische deeltjes worden. Toepassingen van deze techniek zijn integratie in een microfluïdisch omgeving. In plaats van een microfluïdische kamer zou een kanaal worden gebruikt voor de dynamische besturing van het milieu, voor brekingsindex sensing. Een dergelijke setup zou worden vastgesteld in een enkele microfluïdische chip leidt tot een meer stabiele en robuuste installatie en snellere analyse van opgeloste stoffen. Een andere optie is de ontwikkeling van een fluorescentie detectie systeem voor de karakterisering van een fluorescerend-tagged virussen, halfgeleider quantum dots en groene fluorescerende eiwitten. Deze methode heeft ook mogelijkheden voor modificatie in een biosensor voor een virus of eiwit, waardoor zeer kleine monsters te analyseren. Drug discovery 21 en ziekten en infecties opsporen 22 zou gebaat zijn bij een enkel eiwit detector. Raman spectroscopy kan worden opgenomen voor detectie van Raman-signalen van deeltjes en enkele bindingsgebeurtenissen. De dubbel-nanohole structuur laat een sterke lokale veld verbeteringen aan de uiteinden, geschikt voor tip-enhanced Raman spectroscopie 23. Een zeer specifieke label-free methode materiaalkarakterisering zouden ook gebruikt Raman spectroscopie 24.

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam </td><td> Fabrikant </td><td> Volgnummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td> Immersion Olie </td><td> Cargille Labs </td><td> 16484 </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 siliconelastomeerfase Kit </td><td> Dow Corning Canada </td><td></td><td> Aantal: 1 Bevat zowel PDMS basis en verharder </td></tr><tr><td> Met gouden coating Test dia&#39;s </td><td> EMF Corp </td><td> Cr / Au </td><td> Aantal: 1 Een Ti hechtlaag kan ook gebruikt worden </td></tr><tr><td> Geen 1,5 Dekglaasjes </td><td> Fisher Scientific </td><td> 12-541 B- </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Gerichte-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> Lineaire Fase </td><td> Parker </td><td> 4034M </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Laser Diode Hoofd en Controller </td><td> Sacher Lasertechnik Groep </td><td> TEC 120 </td><td> Aantal: 1 Handmatig Afstembare Littrow Laser System </td></tr><tr><td> Digital Oscilloscope </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> 20 nm NanoSphere Grootte Standards </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;Lens Mount </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> Aantal: 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> Aantal: 2 </td></tr><tr><td> Absorberende ND 4.0 Filter </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Aluminium Breadboard </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Avalanche Fotodiode </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Digital Optical Power Meter </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> Aantal: 1 Verouderd, anderen zullen doen </td></tr><tr><td> Force meetmodule </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Kinematische Mirror Mount </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> Aantal: 1 Met Dichtbij IR Laser Quality Mirror </td></tr><tr><td> Laser Diode constante huidige bestuurder </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> LD1255 Optische Tafel Montageplaat </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Gemonteerd Achromatische half-wave plaat </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> Aantal: 1 690 - 1200 nm </td></tr><tr><td> Optische Tweezer Kit </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> Aantal: 1 Metrisch of Engelse </td></tr><tr><td> Bericht Holder Base </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> Aantal: 2 </td></tr><tr><td> Voeding </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Voeding kabel </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Plate </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Bericht Clamp </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Roestvrij staal Optische Bericht </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> Aantal: 1 </td></tr><tr><td> Tafelklem </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> Aantal: 2 Verouderd, anderen zullen doen </td></tr><tr><td> Thermische Sensor </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> Aantal: 1 Voor digitale optische vermogensmeter </td></tr><tr><td> 100 pF condensator </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> 200 KOhm Resistor </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Acryl Blad </td><td></td><td></td><td> Aantal: 3 &quot;x 1&quot; Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Assortiment van coaxiale kabels, draden en aansluitingen </td><td></td><td></td><td> Behoefte </td></tr><tr><td> Breadboard </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Concave Lens </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Diamond Cutter </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Dubbelzijdig Tape </td><td></td><td></td><td> Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Scheermesje </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, niet kritisch </td></tr><tr><td> Pincet </td><td></td><td></td><td> Aantal: 1 Elk merk, fijne getipt </td></tr></tbody></table>

optical trapping of nanoparticles

Optische trapping is een techniek voor het immobiliseren en het manipuleren van kleine voorwerpen op een zachte manier met behulp van licht, en het is op grote schaal toegepast bij het vangen en manipuleren van kleine biologische deeltjes. Ashkin en medewerkers eerst aangetoond optisch pincet met een gefocusseerde bundel 1. De enkele straal trap nauwkeurig worden beschreven met de formule perturbatieve gradiënt kracht bij kleine deeltjes Rayleigh regime 1. In de perturbatieve regime, het optische vermogen vereist voor het vangen van een deeltje schalen als de inverse vierde macht van de deeltjesgrootte. Hoge optische bevoegdheden kunnen beschadigen diëlektrische deeltjes en veroorzaken verwarming. Zo werden gevangen latex bolletjes van 109 nm in diameter vernietigd door een 15 mW balk in 25 sec 1, die ernstige gevolgen voor de biologische materie 2,3 heeft. Een zelf-geïnduceerde back-actie (SIBA) optische trapping werd voorgesteld om 50 nm polystyreen bolletjes in de val te lokkenniet-perturbatieve regime 4. In een niet-perturbatieve regime kan zelfs een kleine deeltjesgrootte met weinig diëlektrische dan de achtergrond beïnvloeden aanzienlijk omringende elektromagnetische veld en veroorzaken een grote optische kracht. Als een deeltje komt een verlicht diafragma, lichttransmissie stijgt dramatisch als gevolg van diëlektrische laden. Als het deeltje probeert verlaten diafragma, verminderde transmissie veroorzaakt een verandering van impuls naar buiten uit het gat en door Third Newton, resulteert in een kracht op het deeltje naar binnen in het gat, het vangen van de deeltjes. De lichttransmissie kunnen worden gevolgd, vandaar dat de val kan een sensor worden. De SIBA traptechniek kan verder worden verbeterd door een dubbele nanohole structuur. De dubbele nanohole structuur blijkt een sterke lokale veldversterking geven 5,6. Tussen de twee scherpe uiteinden van de dubbele nanohole kan een klein deeltje veroorzaken een grote verandering in optische transmission, en veroorzaakt daardoor een grote optische kracht. Daardoor kunnen kleinere nanodeeltjes worden opgesloten, zoals 12 nm silicaat gebieden 7 en 3,4 nm hydrodynamische straal runderserumalbumine eiwitten 8. In dit werk wordt de experimentele configuratie voor nanodeeltjes trapping beschreven. Eerst hebben we detail de montage van de vangst setup is gebaseerd op een optische Thorlabs Tweezer Kit. Vervolgens leggen we de nanofabricage procedure van de dubbele nanohole in een metaalfilm, de fabricage van de microfluïdische kamer en de monstervoorbereiding. Ten slotte hebben we detail de data-acquisitie procedure en bieden een typische resultaten voor het vangen 20 nm polystyreen nanosferen.

<html> Een typische overname trace is getoond in figuur 5a. Een trapping evenement is karakteristiek plotseling, met een scherpe rand, met een duidelijke schakelaar tussen twee zendvermogen niveaus. Als deeltjes zijn onderhevig aan Brownse beweging, zal het vangen van gebeurtenissen willekeurige plaatsen. Voor 20 nm deeltjes, de transmissie verandert van trapping waren meestal rond de 5-10% en de vangst tijden, rond 10 tot 300 sec. De typische tijd om een ​​vangst event voor de kracht en concentratie bovengenoemde bereiken in de orde van een minuut. Door sterische hindering is ongebruikelijk om meerdere deeltjes trapping tegelijkertijd zien, maar zodra een deeltje wordt vrijgegeven, wordt meestal gevolgd door een opeenvolgende trapping event. Afhankelijk van de kwaliteit van de resultaten, kan er een verhoging van ruis in het opgesloten toestand. Dit geluid stijging is afkomstig van de Brownse beweging van de gevangen deeltjes. Zonder de gevangen deeltjes, deze ruisbron niet. <html> _content &quot;&gt; Sommige artefacten kunnen worden weergegeven in de resultaten die geen indicatie zijn trapping gebeurtenissen. resultaten geeft drifting, langzame veranderingen in de transmissie over een periode van minuten zoals getoond in figuur 5b moet worden weggegooid. andere artefacten kunnen ook aanwezig zijn zoals als inconsistent transmissie veranderingen, veel ruis of geen trapping op alle. bijvoorbeeld bellen kan leiden tot discontinue intensiteit springt als men niet oppast om ervoor te zorgen dat de kamer is bubble-vrij. Deze belletjes zullen anders reageren op de trapping gebeurtenissen in termen van dynamische gedrag en intensiteit veranderen, en dus zijn ze gemakkelijk te identificeren. Dergelijke symptomen kunnen worden veroorzaakt door een slechte dubbel-nanohole structuur, verontreinigingen of mechanische trillingen. Een rustige, lage-activiteit instelling wordt sterk aanbevolen om deze opstelling te plaatsen. Ook, waardoor laser en podium om een ​​paar minuten af ​​te wikkelen na het uitlijnen kan ook helpen. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; Figuur 1 Subwavelength opening optische transmissie: a) Zonder deeltje; b) verhoogde transmissie door diëlektrische deeltjes c) Indien deeltje pogingen verlaten, de daling van licht momentum (AT) een kracht (F) op het deeltje veroorzaken. trekken terug in het gat, d) Red-verschuiving van de transmissie curve veroorzaakt door de deeltjes, waardoor de wijziging in de transmissie AT. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . Figuur 2 a) Algemene schema van trapping opstelling wordt de uitbreiding van rode cirkel getoond in b), b) Uitbreiding met de dubbele nanohole en nanosferen in de kamer PDMS c) SEM beeld van de dubbele nanohole structuur. Gebruikte acroniemen: LD = laserdiode; ODF = extinctie filter; HWP = half-wave plaat; BE = beam expander; MR = spiegel; MO = microscoop objectief; OI MO = olie immersie microscoop objectief; DH = dubbele nanohole; APD = lawine fotodetector. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> Figuur 3 a) Voorbeeld bitmap figuur in de FIB fabricage;. B) een SEM beeld van een dubbele nanohole. <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> Figuur 4. Processchema voor het fabriceren van de microfluïdische kamer. <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> Figuur 5. (A) Typische overname van trapping evenementen met 20 nm polystyreen bolletjes. (B) Een slechte aankoop met acute drifting.

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

Optical Trapping of Nanoparticles

De volgende setup aanpak gegevens low power optische vangen van diëlektrische nanodeeltjes door middel van een dubbel-nanohole in metaal film.

Optische overvullen van nanodeeltjes

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

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen met plasmonische-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

Bouw en testen van Coin Cellen van Lithium Ion batterijen

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

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

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

Bouw van een hoge resolutie microscoop met conventionele en holografische optische Trapping 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

Het analyseren van de Beweging van de Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Door Optical Tracking van Plasmonische Nanodeeltjes

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

Energie-dispersieve X-stralen Tomografie voor 3D Elemental kaart brengen van individuele nanodeeltjes

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

Fabricage en exploitatie van een Nano-Optical transportband

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

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door 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

Het schrijven van Bragg Roosters in 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

Compact Lens-less Digitale Holografische Microscoop voor MEMS Inspectie en karakterisering

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