Plasmonico cattura e rilascio di nanoparticelle in un ambiente di monitoraggio
Summary
Un processo di fabbricazione di microchip che incorpora pinzette plasmoniche è presentato qui. Il microchip permette l'imaging di una particella intrappolata per misurare forze di cattura massime.
Abstract
pinzette plasmoniche utilizzano polaritoni plasmon di superficie per confinare oggetti nanoscala polarizzabili. Tra i vari disegni di pinzette plasmoniche, solo pochi possono osservare particelle immobilizzate. Inoltre, un numero limitato di studi hanno misurata sperimentalmente le forze esercitabile sulle particelle. I disegni possono essere classificati come tipo di nanodisk sporgenti o il tipo nanohole soppressa. Per questi ultimi, osservazione microscopica è estremamente impegnativo. In questo documento, un nuovo sistema pinzetta plasmonica viene introdotto per monitorare particelle, sia in direzioni parallele e ortogonali all'asse simmetrica di una struttura nanohole plasmonico. Questa caratteristica permette di osservare il movimento di ogni particella vicino al bordo del nanohole. Inoltre, possiamo stimare quantitativamente le forze massime di cattura usando un nuovo canale fluidico.
Introduction
La capacità di manipolare oggetti microscala è un elemento indispensabile per vari esperimenti micro / nano. manipolazioni contatto diretto può danneggiare gli oggetti manipolati. Rilasciando gli oggetti precedentemente detenute è anche difficile a causa di problemi stiction. Per superare questi problemi,, 8 sono stati proposti diversi metodi indiretti utilizzando fluidico 1, 2 elettrico, magnetico 3, o forze fotonici 4, 5, 6, 7. Pinzette plasmoniche che utilizzano forze fotonici sono basati sulla fisica di straordinari campo valorizzazione diversi ordini superiori dell'intensità incidente 9. Questo estremamente forte amplificazione di campo consente l'intrappolamento di piccolissime nanoparticelle. Ad esempio, è stato dimostrato per immobilizzare e manipolare nanoscalaoggetti, come particelle di polistirene 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 catene polimeriche, proteine, 16 punti quantici 17, e le molecole di DNA 8, 18. Senza pinzette plasmoniche, è difficile intercettare nanoparticelle perché scompaiono rapidamente prima che vengano effettivamente esaminate o perché sono danneggiati a causa dell'elevata intensità del laser.
Molti studi plasmoniche hanno usato varie strutture d'oro a nanoscala. Possiamo classificare le strutture d'oro come sporgenti tipi nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 <sup>, 20, 21 o soppresse tipi nanohole 7, 8, 10, 11, 22, 23. In termini di convenienza di imaging, i tipi nanodisk sono più adatti rispetto ai tipi nanohole perché, per quest'ultimo, i substrati oro può ostacolare la vista di osservazione. Inoltre, l'intrappolamento plasmonica si verifica in prossimità della struttura plasmonica e rende osservazione ancora più difficile. Per quanto a nostra conoscenza, cattura plasmoniche sui tipi nanohole è stata verificata solo tramite segnali di scattering indiretti. Tuttavia, nessun osservazioni dirette di successo, come ad esempio immagini microscopiche, sono stati segnalati. Pochi studi hanno descritto la posizione di particelle intrappolate. Un tale risultato è stato presentato da Wang et al. Hanno creato un pilastro oro su un substrato d'oro e osservati il pmovimento articolo usando un microscopio a fluorescenza 24. Tuttavia, questo è efficace solo per monitorare movimenti laterali non nella direzione parallela all'asse del fascio.
In questo lavoro, si introduce nuove procedure di progettazione e di fabbricazione di microchip fluidici. Utilizzando questo chip, dimostriamo il monitoraggio di particelle intrappolate plasmonically, sia in direzioni parallele e ortogonali alla nanostruttura plasmonica. Inoltre, si misura la forza massima della particella immobilizzato aumentando la velocità del fluido per trovare la velocità ribaltamento nel microchip. Questo studio è unico perché la maggior parte degli studi sulla pinzette plasmoniche non possono mostrare quantitativamente le forze di cattura massimi utilizzati nei loro apparati sperimentali.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il cavo SMF è stato inserito nel foro cavo SMF sul microchip, come mostrato nella puntino rettangolare di figura 6a. Poiché il foro del cavo SMF è maggiore del diametro del cavo, colla epossidica è stato utilizzato per chiudere l'apertura di bloccare la fuoriuscita della soluzione particella fluente. Prima dell'applicazione di colla epossidica, il blocco oro e bordo cavo devono essere allineati coassialmente a mano con un microscopio. Anche se è ideale per il bordo cavo inserito ed il nanoh…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal programma D di MSIP / IITP (R0190-15-2040, Sviluppo di un sistema di gestione della configurazione contenuti e un simulatore per la stampa 3D utilizzando materiali intelligenti) R & ICT.
Materials
| Negative photoresist | MicroChem | SU-8 2075 |
| Developer | MicroChem | SU-8 Developer |
| Positive photoresist | Merck Ltd. | AZ GXR-601 |
| AZ Photoresist Developers | Merck Ltd. | AZ 300 MIF |
| HMDS | Merck Ltd. | AZ Adhesion Promoter |
| Aligner | Midas System | MDA 400M |
| Atmospheric plasma machine | Atmospheric Process Plasma Co. |
IDP-1000 |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 A/B |
| Gold coated test slides | EMF Co. | TA124(Ti/Au) |
| Au etchant | Transene Inc. | TFA |
| Ti etchant | Transene Inc. | TFT |
| 40X objective lens | Edmund Optics | 40X DIN |
| 60X water immersion objective lens |
Olympus | LUMPLFLN 60XW |
| Optical fiber incident laser | IPG Photonic | YLR 10 |
| SMF coupler | Thorlabs | MBT612D/M |
| Syringe micropump | Harvard | PC2 70-4501 |
| Fluorescent microscope | Olympus | IX-51 |
| Plasma system | Femto Science Inc | CUTE-MPR |
Referencias
- Crane, N. B., Onen, O., Carballo, J., Ni, Q., Guldiken, R. Fluidic assembly at the microscale: progress and prospects. Microfluid. Nanofluid. 14 (3), 383-419 (2013).
- Yao, B., Luo, G. A., Feng, X., Wang, W., Chen, L. X., Wang, Y. M. A microfluidic device based on gravity and electric force driving for flow cytometry and fluorescence activated cell sorting. Lab Chip. 4 (6), 603-607 (2004).
- Zhang, K., et al. On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force. Lab Chip. 9 (20), 2992-2999 (2009).
- Park, I. Y., Sung, S. Y., Lee, J. H., Lee, Y. G. Manufacturing micro-scale structures by an optical tweezers system controlled by five finger tips. J. Micromech. Microeng. 17, N82-N89 (2007).
- Kim, J. D., Hwang, S. U., Lee, Y. G. Traceable assembly of microparts using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 22, 105003 (2012).
- Kim, J. D., Lee, Y. G. Construction and actuation of a microscopic gear assembly formed using optical tweezers. J. Micromech. Microeng. 23, 065010 (2013).
- Kim, J. D., Choi, J. H., Lee, Y. G. A measurement of the maximal forces in plasmonic tweezers. Nanotechnology. 26 (42), 425203 (2015).
- Kim, J. D., Lee, Y. G. Trapping of a single DNA molecule using nanoplasmonic structures for biosensor applications. Biomed. Opt. Express. 5 (8), 2471-2480 (2014).
- Quidant, R. Plasmonic tweezers – the strength of surface plasmons. MRS Bull. 37 (8), 739-744 (2012).
- Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles. Nat. Phys. 5, 915-919 (2009).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film. Nano Lett. 11 (9), 3763-3767 (2011).
- Tanaka, Y., Kaneda, S., Sasaki, K. Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair. Nano Lett. 13 (5), 2146-2150 (2013).
- Kang, J. H., et al. Low-power nano-optical vortex trapping via plasmonic diabolo nanoantennas. Nat. Commun. 2, 582 (2011).
- Roxworthy, B. J., et al. Application of plasmonic bowtie nanoantenna arrays for optical trapping, stacking, and sorting. Nano Lett. 12 (2), 796-801 (2012).
- Shoji, T., Tsuboi, Y. Plasmonic optical tweezers toward molecular manipulation: tailoring plasmonic nanostructure, light source, and resonant trapping. J. Phys. Chem. Lett. 5 (17), 2957-2967 (2014).
- Pang, Y., Gordon, R. Optical trapping of a single protein. Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).
- Tsuboi, Y., et al. Optical trapping of quantum dots based on gap-mode-excitation of localized surface plasmon. J. Phys. Chem. Lett. 1, 2327-2333 (2010).
- Shoji, T., et al. Permanent fixing or reversible trapping and release of DNA micropatterns on a gold nanostructure using continuous-wave or femtosecond-pulsed near-infrared laser light. J. Am. Chem. Soc. 135 (17), 6643-6648 (2013).
- Grigrenko, A. N., Roberts, N. W., Dickson, M. R., Zhang, Y. Nanometric optical tweezers based on nanostructured substrates. Nat. Photonics. 2, 365-370 (2008).
- Righini, M., et al. Nano-optical trapping of rayleigh particles and escherichia coli bacteria with resonant optical antennas. Nano Lett. 9 (10), 3387-3391 (2009).
- Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. T. Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice. Nano Lett. 13 (9), 4118-4122 (2013).
- Berthelot, J., et al. Three-dimensional manipulation with scanning near-field optical nanotweezers. Nat. Nanotechnol. 9 (4), 295-299 (2014).
- Chen, C., et al. Enhanced optical trapping and arrangement of nano-objects in a plasmonic nanocavity. Nano Lett. 12 (1), 125-132 (2011).
- Wang, K., Schonbrun, E., Steinvurzel, P., Crozier, K. B. Trapping and rotating nanoparticles using a plasmonic nano-tweezer with an integrated heat sink. Nat. Commun. 2, 469 (2011).
- Byun, D., Cho, S. J., Kim, S. Fabrication of a flexible penetrating microelectrode array for use on curved surfaces of neural tissues. J. Micromech. Microeng. 23, 125010 (2013).
