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

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

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

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

הייצור והגישה חופשיה למאמר זה הוא בחסות Thorlabs.

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

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

optical trapping of nanoparticles

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

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

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

Optical Trapping of Nanoparticles

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

לכידה אופטית של חלקיקים

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

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

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

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

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

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

בנייה של מיקרוסקופ ברזולוציה גבוה עם יכולות קונבנציונליות והשמנה אופטיות הולוגרפי

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

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

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

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

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

Dispersive אנרגיה טומוגרפיית רנטגן עבור מיפוי 3D היסודות של חלקיקים בודדים

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

ייצור ותפעול של מסוע ננו-אופטי

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

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

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

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

כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות

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

עדשה-פחות קומפקטי מיקרוסקופ הולוגרפי הדיגיטלי פיקוח MEMS ואפיון

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