Плазмонная Ловушка и Высвобождение Наночастицы в мониторингу окружающей среды
Summary
Процесс изготовления микрочип, который включает в себя плазмонный пинцет здесь представлен. Микрочип позволяет визуализацию в запертой частицы для измерения максимальных отлова сил.
Abstract
Плазмонный пинцет использовать поверхностные плазмонные поляритоны ограничиться поляризуемыми наноразмерные объектами. Среди различных конструкций плазмонов пинцета, только немногие из них может наблюдать иммобилизованные частицы. Кроме того, ограниченное число исследований было экспериментально измерено exertable силы на частицах. Проекты могут быть классифицированы как выступающем типа nanodisk или подавленного типа нанодырки. Для последнего, микроскопическое наблюдение является чрезвычайно сложной задачей. В данной работе, новая система плазмонного пинцета вводят для контроля частиц, как в направлениях, параллельных и ортогональных к симметричной оси плазмонной структуры наноотверстия. Эта функция позволяет наблюдать движение каждой частицы вблизи обода нанодырки. Кроме того, мы можем количественно оценить максимальные силы отлова, используя новый жидкостный канал.
Introduction
Способность манипулировать Микромасштабные объекты является обязательным атрибутом для многих экспериментов микро / нано. Прямые контакты манипуляция может повредить манипулируют объекты. При отпускании ранее проведенных объектов также сложным из-за проблем прилипание. Для того, чтобы преодолеть эти проблемы, некоторые косвенные методы , использующие струйного 1, 2 электрические, магнитные 3 или фотонные силы 4, 5, 6, 7, были предложены 8. Плазмонный пинцет , которые используют фотонные силы основаны на физике чрезвычайного усиления поля на несколько порядков больших , чем интенсивность падающего 9. Это чрезвычайно сильное усиление поля позволяет захватывание чрезвычайно малых наночастиц. Например, было показано иммобилизации и манипулировать наноразмерныхобъекты, такие как полистироловые частицы 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 полимерных цепи, белки 16, квантовые точки 17, и молекулы ДНК 8, 18. Без плазмонов пинцета, трудно наночастицы ловушки, потому что они быстро исчезают прежде, чем они фактически рассмотрены или потому, что они повреждены из-за высокую интенсивность лазерного пучка.
Многие плазмонных исследования использовали различные наноразмерные золотые структуры. Мы можем классифицировать золотые структуры, выступающие типы nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 <sвверх>, 20, 21 или подавленные типы наноотверстия 7, 8, 10, 11, 22, 23. С точки зрения удобства визуализации, типы nanodisk являются более подходящими, чем типы нанодырки потому, что для последнего, золотые подложки могут заслонять вид наблюдения. Кроме того, плазмонное захват происходит вблизи плазмонного структуры и делает наблюдение еще более сложной задачей. Насколько нам известно, плазмонное отлов по типам нанодырки было проверено только с помощью косвенных сигналов рассеяния. Однако никакие успешные прямые наблюдения, такие как микроскопические изображения, не поступали. Несколько исследований описали положение запертых частиц. Одним из таких результатов была представлена Ван и соавт. Они создали золотой столб на золотой подложке и наблюдается рДвижение статьи с помощью флуоресцентного микроскопа 24. Тем не менее, это эффективно только для контроля боковых движений не в направлении, параллельном оси пучка.
В этой статье мы вводим новые жидкостных процедуры проектирования микросхем и изготовления. С помощью этого чипа, мы демонстрируем мониторинг plasmonically запертых частиц, и в направлениях, параллельных и перпендикулярных плазмонные наноструктуры. Кроме того, мы измерить максимальную силу иммобилизованным частицы за счет увеличения скорости жидкости, чтобы найти скорость опрокидывания в микрочипе. Это исследование является уникальным, поскольку большинство исследований по плазмонам пинцета не могут количественно показать максимальный отлов силы, используемую в их экспериментальных установках.
Protocol
Representative Results
Discussion
Кабель SMF был вставлен в отверстие кабельного SMF на микрочипе, как показано в прямоугольной точки на рисунке 6а. Так как отверстие для кабеля SMF больше, чем диаметр кабеля, эпоксидный клей был использован для герметизации зазора, чтобы блокировать утечку раствора протекающих ча?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана R & D ИКТ программы MSIP / ИППИ (R0190-15-2040, Разработка системы управления конфигурацией и содержание тренажера для 3D-печати с использованием смарт-материалов).
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 |
References
- 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).
