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 erkjenner Thorlabs for å sponse denne publikasjonen og finansiering fra Natural Science and Engineering Research Council (NSERC) av Canada Discovery Grant. Vi takker Bryce Cyr og Douglas Rennehan for produksjon bistand til å lage denne videoen artikkelen.

Prinsippet ved SIBA fangst teknikken er illustrert i Figur 1. Figur 2 er et skjema for den eksperimentelle oppsett. 1. Optisk Trapping Setup For denne delen av prosedyren, se den optiske fangst kit manuell 9 eller den optiske kraft målemodul manuell 10 for mer informasjon om å sette opp kits. Merk at et snøras fotodiode (APD) brukes i stedet for en kvadrant stilling detektor. For skruer som ikke er inkludert i den optiske fangst kit, bruke de i hodeskruen og hardware kit (Thorlabs, HW-KIT2). Øyevern skal til enhver tid når laseren er på. Kontroller at strålen er inne i et trygt område og reflekterende tilbehør, som for eksempel smykker, bør unngås. Dessuten er elektrostatisk utladning beskyttelse anbefales ved håndtering laserdioder. <ol><li> Sett opp den optiske pinsett kit (Thorlabs, OTKB / M) og kraften tiltakurement modul (Thorlabs, OTKBFM) som per deres respektive bruksanvisningene. En silisium-baserte snøskred photodiode (APD) (Thorlabs, APD110A) brukes i stedet for kraft måling modulen (Thorlabs, OTKBFM) kvadrant posisjon detektor. </li><li> Koble APD til et oscilloskop (Tektronics, TDS1012) via en koaksialkabel. </li><li> Legg til en halv-bølge plate (Thorlabs, AHWP05M-980) på innsiden av bjelken ekspanderen. Den halv-bølgen plate er festet mellom to objektiv rør (Thorlabs, SM1L03). </li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> Skjær en gull-belagt test lysbilde (EMF Corp, Cr / Au) i fire identiske brikker. Som et alternativ til de kommersielt tilgjengelige lysbilder, har vi også brukt en 100 nm tykk Au film med en 2 nm Ti adhesjon lag avsatt på e-beam deponering på en 1 cm kvadrat glass lysbilde ved en forhøyet substrat temperatur på 200 ° C i Minst 1 time. Dette gir en glatt polykrystallinsk film. </li><li> Lag en bitmap bilde av den doble nanohole struktur som innspill tilden fokusert ion stråle (FIB) system er en punktgrafikk. Bildet består av to solide sirkler, 160 nm i diameter med en senter til senter avstand på 190 nm. Denne malen oppretter en spiss separasjon på ca 15 nm. Mellom sirklene, kan en valgfri tynn linje plasseres for å fjerne eventuelle rester av metall mellom tuppene. Fig. 3a viser et eksempel punktgrafikkbilde. </li><li> Dikte den doble nanohole struktur ved hjelp av en FIB (Hitachi, FB-2100) fresing system. Konverter bitmap i trinn 2.2 i en FIB fresing mønster (det mørke området i bitmap blir frest av FIB). Bruk et ion akselererende spenning på 40 kV, en bjelke begrensende blenderåpning 15 um diameter under 60 K ganger forstørrelse. Mill åtti passerer for hver dobbel-nanohole med en 5 μsec dose tid på hver passering. Figur 3b viser en typisk resulterende strukturen. Gjenta etter behov. Flere nanoholes bør gjøres så for å tillate feil. </li><li> Legg registrering markører, enten ved hjelp av FIB og / eller hog å indikere den omtrentlige plassering av den dobbelt-nanohole (s). </li><li> Eventuelt ta en SEM bilde av hullene å nøyaktig evaluere struktur kvalitet og tips separasjon. </li></ol> 3. Microfluidic Chamber En prosessdiagram for fabrikkere microfluidic kammeret er vist i Figur 4. <ol><li> Pour 10 g polydimetylsiloksan (PDMS) base (Dow Corning Canada, 184 Sylgard silikonelastomer Base) og en ytterligere 1 g av herdemiddel (Dow Corning Canada, 184 Sylgard silikonelastomer herder) i en engangs kopp. Bland i noen minutter. </li><li> Evakuere blandingen i vakuumkammeret til alle bobler er borte. </li><li> Pour 1,5 g PDMS i en 9 cm i diameter Petriskål. Spin belegge PDMS på bunnen av petriskål på 950 rpm for 65 sek. Figur 4b viser resultatet. Tykkelsen er ikke kritisk så lenge det er under 80 jim, gullet filmen er i de nederste mikroskop sentralt måle arbeidsgruppe avstand. </li><li> Forsiktig sted 3-5 # 1.5 dekkglass (Fisher Scientific, 12-541-B) på PDMS slik at de ikke overlapper, og evakuere for 30 min som vist i figur 4c. </li><li> Hvis dekkglass flyttet og stablet oppå hverandre under evakuering, forsiktig flytte dem fra hverandre. Forsiktighet må tas som å holde PDMS henhold dekkglass tynn og ensartet. </li><li> Hvis manipulering av dekkglass var nødvendig, evakuer petriskål igjen i 30 min. </li><li> Fjern petriskål fra vakuumkammeret og kok på kokeplate i 20 min ved 85 ° C. </li><li> Ved hjelp av et barberblad, kuttet ut en av dekkglass deretter forsiktig lirke opp lysbildet med fin spiss pinsett. Et tynt lag med PDMS vil bo på dekkglasset som PDMS er mer lim på glass dekkglass enn PMMA petriskål som i figur 4e. </li><li> Skjær ut en 3 x 3 mm vinduet i PDMS med et barberblad som i figur 4f. Dette vinduet vil danne kammer hvor nanoparticle løsning vil bli beholdt. </li></ol> 4. Prøvepreparering <ol><li> Fremstill et objektglass med en ¾ &quot;diameter hull i sentrum ved hjelp av akryl. Dette kan oppnås med en laser kutter. Andre materialer kan brukes i tillegg. Gullet prøven vil bli plassert inne i hullet. </li><li> Tape omkretsen av hullet med dobbeltsidig tape. Bruk et barberblad for å kutte overflødig tape. </li><li> Place objektglass på dekkglasset, PDMS møte opp. </li><li> Fortynne polystyren nanosphere løsning (Thermo Scientific, 3020A) fra 1% vekt / volum 0,05% vekt / volum med avionisert vann. En mikropipette kan brukes. </li><li> Tilsett noen dråper av løsningen i PDMS vinduet. Legg en dråpe på gull utvalg der nanoholes er plassert. </li><li> Place gull utvalg på toppen av dekkglass slik at nanoholes er inne i PDMS vinduet. Pass på at bobler ikke er til stede inne kammer. Trykk gull utvalg mot dekkglass og bearbeid overflødig oppløsning. </li><li> Hvis det brukes et neddyppingsobjektivet (som er tilfellet her, men ikke nødvendig), tilsette en dråpe immersjonsolje på motsatt side av dekkglasset, under PDMS vinduet. Vær oppmerksom på plasseringen av nanoholes. </li><li> Sett objektglass i lysbildeholderen, olje ned, og senk lysbildeholder til immersjonsolje får kontakt med mikroskop målet. </li><li> Grovt justere lysbilde scenen slik at indikatoren merker er under målet. </li><li> Følg indikator linjer som fører opp til nanoholes. Stilling lysbilde slik at indikatoren merker og andre åpne områder er fjernet fra skjermen sentrum. Overdreven lystransmisjon kan skade APD. </li><li> Slå på laser. Som dikroiske speilet er ikke perfekt, bør et sted nær midten av skjermen fra laserstrålen vises. </li><li> Bruke piezo scenen kontroll programvare, ytterligere forbedre justering på alle tre akser. </li></ol> 5. Data Acquisition <ol><li> Med help av indikatoren merker, plasser sted nær til en kjent nanohole plassering. De nanoholes vil være for små til å bli løst, og skal vises bare som flekker. </li><li> I lystransmisjon gjennom prøven indikeres av signalnivået på oscilloskop. Ytterligere justere prøven som å maksimere lystransmisjon. Vær forsiktig med indikator merker og synlige og ikke-synlige riper som lystransmisjon vil være høy i disse områdene. Nanoholes vil vise plutselige økninger i lystransmisjon mens riper viser mer gradvise endringer. </li><li> Bruke waveplate, justere lyspolarisering for høyeste lysoverføring som dobbel-nanohole strukturen er polarisert. </li><li> Å redusere støy, bygge en RC filter med breadboard, 200 k motstand og 100 pF kondensator og koble den etter APD via en koaksialkabel. Disse verdiene kan justeres for best ytelse, vurderer båndbredden datainnsamling nødvendig. </li><li> Koble oscilloskop og data-regelverketition modul (Omega, USB-4711A) til RC-filter med koaksialkabler og T-adapter. </li><li> Smak på den APD er spenningen ved hjelp av datainnsamling modul for ønsket tid. Innhentingstider er vanligvis i hundrevis av sekunder. I dette tilfelle ble en tilpasset programvarepakke brukes for datainnsamling. Spenningen blir samplet ved 2000 ganger i sekundet. </li><li> Ved hjelp av Matlab, filtrere de innsamlede dataene ved hjelp av en Savitzky-Golay filter og plotte det versus tid 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>

Produksjon og fri tilgang til denne artikkelen er sponset av Thorlabs.

Dagens oppsett har effektive fangstanlegg evner skylder til strukturen av nanohole. Dette nanohole feller ~ 10 nm-skala dielektriske partikler til lave optiske intensiteter. Andre nye optiske feller inkluderer optiske dipol antenner 11, whispering-gallery-modus optiske resonatorer 12,13 og bølgeledere 14, men de vanligvis opererer i perturbative regime, som er begrenset av den inverse fjerde orden skalering av den nødvendige optisk effekt kontra partikkel størrelse, i motsetning til SIBA og dobbel-nanohole felle. Alternative aperture figurer har også blitt presentert for fangst, for eksempel en rektangulær plasmonic nanopore 15. Andre gunstige egenskaper som vises på dobbel-nanohole felle inkluderer partikkelstørrelse-selektiv atferd 7, ett fangst plassering (for å begrense multi-partikkel fangst) og enkel fabrikasjon 16. Som et alternativ til å bruke en FIB, kan dobbeltklikke nanoholes lages ved hjelp av en kolloidal litografiy 6. Fangst av biologiske materialer av stor polarizability og størrelse har tatt bakterier 3, levende celler 17,2,18, tobakk mosaikk virus 3 og manipulasjon og strekking av DNA-strengene tjoret i endene med store dielektriske partikler 19, men direkte fangst av mindre biologiske prøver uten tethering fortsatt utfordrende. Dette fangst konfigurasjonen er i stand til å fange små dielektriske partikler ved lavere lysintensitet enn konvensjonelle lys pinsett og den sirkulære nanohole, slik at små biologiske partikler som holdes i lange perioder uten skade eller deling. Også fangststasjonene hendelser viser et høyt signal-til-støy-forhold tillater dette oppsettet til å fungere som en sensitiv sensor og oppdage de minste biologiske partikler, for eksempel virus og proteiner. Faktisk, 20 nm polystyrenkuler har en brytningsindeks på 1,59 som er sammenlignbare med de minste biologiske partiklerfor eksempel virus. Denne metoden kan bli en pålitelig og moden teknikk for immobilisering og manipulering av nanopartikler, inkludert biologiske partikler. Anvendelser av denne teknikken inkluderer integrasjon i en microfluidic miljø. Stedet for en eneste microfluidic kammer, ville en kanal brukes for å dynamisk styre omgivelsene, ideell for brytningsindeks sensing. Slikt oppsett ville bli satt i en enkelt microfluidic chip fører til en mer stabil og robust installasjon og raskere analyse av løste stoffer. Et annet alternativ er utvikling av en fluorescens deteksjon ordning for karakterisering av enkle fluorescerende-merket virus, halvledere kvanteprikker og grønne fluorescerende proteiner. Denne konfigurasjonen har også potensiale for modifisering i en biosensor for en enkelt virus eller proteiner, slik at svært små prøver som skal analyseres. Drug discovery 21 og sykdom og smitte deteksjon 22 ville ha nytte av et enkelt protein detektor. Raman spectroscopy kan bli innarbeidet for påvisning av Raman signaler av partikler og enkle bindende hendelser. Den doble-nanohole strukturen tillater sterke lokale feltet forbedringer på tips, passende for tip-forbedret Raman-spektroskopi 23. En svært spesifikk etikett-fri metode for materiale karakterisering ville også være mulig ved hjelp av Raman-spektroskopi 24.

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn </td><td> Produsent </td><td> Serial Number </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> Neddyppingsolje </td><td> Cargille Labs </td><td> 16484 </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 Silikon Elastomer Kit </td><td> Dow Corning Canada </td><td></td><td> Antall: 1 Inneholder både PDMS base og herder </td></tr><tr><td> Gull belagt Test Slides </td><td> EMF Corp </td><td> Cr / Au </td><td> Antall: 1 En TI vedheft lag kan brukes som tillegg </td></tr><tr><td> Ingen 1,5 Dekkglass </td><td> Fisher Scientific </td><td> 12-541-B </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Fokusert-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> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Laser Diode Head og Controller </td><td> Sacher LASERTECHNIK Gruppe </td><td> TEC 120 </td><td> Antall: 1 Manuell Fleksibel Littrow Laser System </td></tr><tr><td> Digital Oscilloskop </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> 20 nm nanosphere størrelse standarder </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;Lens Mount </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> Antall: 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> Antall: 2 </td></tr><tr><td> Absorberende ND 4.0 filter </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Aluminum Breadboard </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Avalanche Photodiode </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Digital optisk Power Meter </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> Antall: 1 Foreldet, andre vil gjøre </td></tr><tr><td> Force Målemodul </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Kinematisk Mirror Mount </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> Antall: 1 Med nærheten IR Laser Quality Mirror </td></tr><tr><td> Laser Diode Constant Current Driver </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> LD1255 Optisk Tabell Monteringsplate </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Montert Akromatisk Half-Wave Plate </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> Antall: 1 690 - 1200 nm </td></tr><tr><td> Optisk Tweezer Kit </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> Antall: 1 Metrisk eller Imperial </td></tr><tr><td> Innlegg Holder Base </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> Antall: 2 </td></tr><tr><td> Strømforsyning </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Nettledning </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Plate </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Post Clamp </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Rustfritt stål Optisk Post </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> Antall: 1 </td></tr><tr><td> Bordfeste </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> Antall: 2 Foreldet, andre vil gjøre </td></tr><tr><td> Termisk sensor </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> Antall: 1 For digital optisk kraftmåler </td></tr><tr><td> 100 pF Capacitor </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> 200 KOhm Resistor </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Akryl Sheet </td><td></td><td></td><td> Antall: 3 &quot;x 1&quot; Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Utvalg av koaksialkabler, ledninger og kontakter </td><td></td><td></td><td> Etter behov </td></tr><tr><td> Brødfjel </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Konkav Lens </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Diamond Cutter </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Dobbeltsidig tape </td><td></td><td></td><td> Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Razor Blade </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, ikke kritisk </td></tr><tr><td> Pinsett </td><td></td><td></td><td> Antall: 1 Alle merker, tippet fint </td></tr></tbody></table>

optical trapping of nanoparticles

Optisk fangst er en teknikk for immobilizing og manipulere små objekter på en skånsom måte ved hjelp av lys, og det har blitt mye brukt i fangst og manipulere små biologiske partikler. Ashkin og medarbeidere første gang påvist optisk pinsett ved hjelp av en enkelt stråle en. Den enkelt bjelke fellen kan beskrives nøyaktig ved hjelp perturbative gradient kraft formuleringen i tilfelle av små Rayleigh regimet partikler 1. I perturbative regimet, den optiske effekten som kreves for å fange en partikkel skalaer som den inverse fjerde potens partikkelstørrelsen. Høy optisk krefter kan skade dielektriske partikler og forårsake oppvarming. For eksempel, ble fanget latex sfærer 109 nm i diameter ødelagt av en 15 mW bjelke i 25 1 sek, som har alvorlige konsekvenser for biologisk materiale 2,3. En selvforskyldt back-aksjon (SIBA) optisk fangst ble foreslått å felle 50 nm polystyrenkuler iikke-perturbative regime 4. I et ikke-perturbative regimet, kan selv en liten partikkel med liten permittiviteten kontrast til bakgrunnen påvirke betydelig omgivende elektromagnetisk felt og indusere en stor optisk kraft. Som en partikkel kommer en opplyst blenderåpning, øker lystransmi dramatisk på grunn av dielektrisk lasting. Hvis partikkelen forsøker å forlate blenderåpning, forårsaker redusert overføring en endring i momentum utover fra hullet, og ved Newtons tredje lov, resulterer i en kraft på partikkelen innover i hullet, fangst partikkelen. I lystransmisjon kan overvåkes, derfor kan fellen bli en sensor. Den SIBA fangst teknikken kan bli ytterligere forbedret ved bruk av en dobbel-nanohole struktur. Den dobbel-nanohole struktur har vist seg å gi en sterk lokal felt ekstrautstyr 5,6. Mellom de to skarpe tips av dobbel-nanohole, kan en liten partikkel føre til en stor endring i optisk transmission, og dermed indusere en stor optisk kraft. Som et resultat kan mindre nanopartikler bli fanget, for eksempel 12 nm silikat kuler 7 og 3,4 nm hydrodynamiske radius bovint serumalbumin proteiner 8. I dette arbeidet er det eksperimentelle konfigurasjonen som brukes for nanopartikler fangst skissert. Først, vi detalj montering av fangst oppsett som er basert på en Thorlabs Optisk Tweezer Kit. Deretter vi forklare nanofabrication prosedyren av dobbel-nanohole i en metallfilm, fabrikasjon av microfluidic kammer og prøvepreparering. Til slutt, vi detalj datainnsamling prosedyre og gi typiske resultater for fangst 20 nm polystyren nanospheres.

<html> En typisk oppkjøp kontur er vist på fig 5a. En fangst arrangementet er karakteristisk plutselig, med en skarp kant, viser en klar veksle mellom to sendeeffekt nivåer. Som partikler er underlagt Brownske bevegelser, vil fangst hendelser oppstår tilfeldig. For 20 nm partiklene var overføring endringer fra fangst vanligvis rundt 5-10% og fangst ganger, rundt 10-300 sek. Typisk tid for å oppnå en trapping hendelsen for kraften og konsentrasjonen skissert ovenfor er i størrelsesorden av et minutt. Grunnet sterisk hindring er det uvanlig å se flere partikkel fangst samtidig, selv om når en partikkel er sluppet, blir det vanligvis etterfulgt av en etterfølgende fangst hendelse. Avhengig av kvaliteten av resultatene, kan det være noen økning i signal støy i fanget tilstand. Denne støyen økningen kommer fra Brownske bevegelser av fanget partikkelen. Uten fanget partikkel, er denne støykilde ikke tilstede. <html> _content &quot;&gt; Noen gjenstander kan dukke opp i de resultater som er ikke resultatet av fangstanlegg hendelser. Resultater viser avdrift, langsomme endringer i overføringen over en periode på minutter som vist i figur 5b, bør kasseres. Andre artefakter kan også være tilstede slik som inkonsekvente overføring endringer, unødig støy eller ingen fangst i det hele tatt. For eksempel kan bobler føre usammenhengende intensitet hopper hvis omsorg er ikke tatt for å sikre at kammeret er boble-fri. Disse boblene vil reagere forskjellig på fangststasjonene hendelser i form av dynamiske atferd og intensitet endring, og slik at de er lett identifiserbare. Slike symptomer kan være forårsaket av en dårlig dobbel-nanohole struktur, forurensninger eller mekaniske vibrasjoner. En stille, lav aktivitet innstilling er sterkt anbefalt å plassere dette oppsettet. Også, slik at laser og scenen for å bosette noen minutter etter å ha justert kan hjelpe så godt. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; Figur 1 Subwavelength blenderåpning optisk overføring: a) Uten partikkelen; b) Økt overføring skyldes dielektriske partikkelen; c) Dersom partikkel forsøker å forlate, vil reduksjonen i lys momentum (aT) forårsaker en kraft (F) på den partikkel som til. trekke den tilbake i hullet, d) Red-forskyvning av overføring kurve forårsaket av partikkelen, som fører til endring i transmisjon aT. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . Figur 2 a) Generell skjematisk av fangst oppsett, er utvidelsen av rød sirkel vist i b), b) Utvidelsen viser den doble nanohole, og nanospheres inni PDMS kammeret, c) SEM bilde av den doble nanohole struktur. Akronymer brukt: LD = laser diode; ODF = optisk tetthet filter, HWP = halvbølge plate; BE = bjelke ekspander, MR = speil, MO = mikroskop mål; OI MO = olje immerSion mikroskop mål, DH = dobbel nanohole, APD = snøskred fotodetektoren. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> Figur 3 a) Eksempel bitmap figur brukes i FIB fabrikasjon;. B) En SEM bilde av en dobbel-nanohole. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> Figur 4. Process diagram for fabrikasjon av microfluidic kammeret. <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> Figur 5. (A) Typisk oppkjøp av fangst hendelser med 20 nm polystyrenkuler. (B) En dårlig kjøp viser akutt drivende.

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

Optical Trapping of Nanoparticles

Følgende oppsett tilnærming detaljer lavt strømforbruk optisk fangst av dielektrisk nanopartikler ved hjelp av en dobbel-nanohole i metall film.

Optisk fangst av 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

Polykrystallinsk silisium Thin-film solceller med plasmonic forbedret lys-fangst

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

Bygging og testing av Knappcelle av litium 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

Fabrikkere Metamaterials Bruke 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

Bygging av en høyoppløselig mikroskop med konvensjonelle og Holografisk Optiske overlapping 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

Analysere Bevegelse av Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Av Optical Tracking av Plasmonic 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

Energi dispersive X-ray Tomografi for 3D Elemental Kartlegging av 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

Fabrikasjon og drift av en 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

Integrering av Lys Overlappings sølv nanostrukturer i hydrogenert mikrokrystallinsk silisium 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

Skrive Bragg Gitter 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 mikroskop for MEMS inspeksjon og karakterisering

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