Plasmoniske fældefangst og frigivelse af nanopartikler i en Monitoring Miljø
Summary
En mikrochip fabrikationsproces, der inkorporerer plasmoniske pincet præsenteres her. Mikrochippen muliggør billeddannelse af en fanget partikel at måle maksimale fældefangst kræfter.
Abstract
Plasmoniske pincet anvender overfladeplasmonresonans polaritoner at begrænse polariserbare nanoskala objekter. Blandt de forskellige designs af plasmoniske pincet, kan kun få observere immobiliserede partikler. Desuden har et begrænset antal undersøgelser eksperimentelt målte exertable kræfter på partiklerne. De designs kan klassificeres som den udragende nanodisk typen eller undertrykt nanohole type. For sidstnævntes vedkommende mikroskopisk observation er ekstremt udfordrende. I dette papir, er en ny plasmoniske pincet indført til overvågning partikler, både i retninger parallelle og vinkelret på den symmetriske akse i en plasmoniske nanohole struktur. Denne funktion gør det muligt at observere bevægelsen af hver partikel nær randen af nanohole. Desuden kan vi kvantitativt estimere den maksimale fældefangst kræfter ved hjælp af en ny fluidisk kanal.
Introduction
Evnen til at manipulere mikroskala objekter er en uundværlig funktion for mange mikro / nano eksperimenter. Direkte kontakt manipulationer kan beskadige de manipulerede objekter. Frigivelse de tidligere afholdt objekter er også udfordrende på grund af stiction problemer. For at overvinde disse problemer, flere indirekte metoder under anvendelse af strømningstekniske 1, elektrisk 2, magnetisk 3 eller fotoniske kræfter 4, 5, 6, 7, 8 er blevet foreslået. Plasmoniske pincet, der bruger fotoniske kræfter er baseret på fysik af ekstraordinære felt ekstraudstyr flere ordrer større end hændelsen intensitet 9. Denne ekstremt stærkt felt enhancement muliggør indfangning af ekstremt små nanopartikler. For eksempel har det vist sig at immobilisere og manipulere nanoskalaobjekter, såsom polystyrenpartikler 7, 10, 11, 12, 13, 14, polymerkæder 15, proteiner 16, quantum dots 17, og DNA-molekyler 8, 18. Uden plasmoniske pincet, er det vanskeligt at fælde nanopartikler, fordi de hurtigt forsvinder, før de reelt undersøges, eller fordi de er beskadiget på grund af den høje intensitet af laseren.
Mange plasmoniske undersøgelser har anvendt forskellige nanoskala guld strukturer. Vi kan kategorisere guldstrukturer som udragende nanodisk typer 12, 13, 14, 15, 19 <sop>, 20, 21 eller undertrykte nanohole typer 7, 8, 10, 11, 22, 23. I form af billeddannelse skyld de nanodisk typer er mere egnede end de nanohole typer fordi, for sidstnævnte, kan guld substrater hindre observation visning. Desuden plasmoniske diffusering sker nær den plasmoniske struktur og gør observation endnu mere udfordrende. Så vidt vi ved, var plasmoniske fældefangst på nanohole typer kun kontrolleres ved hjælp af indirekte spredningssignaler. Dog er der blevet rapporteret nogen succesrige direkte observationer, såsom mikroskopiske billeder. Få undersøgelser beskrevet stilling fanget partikler. Et sådant resultat blev præsenteret af Wang et al. De skabte en guld søjle på en guld substrat og observerede partiklen bevægelse under anvendelse af et fluorescensmikroskop 24. Dette er imidlertid kun effektiv til overvågning sidebevægelser ikke i retningen parallelt med bjælken akse.
I dette papir, vi indfører nye fluide mikrochip design og fabrikation procedurer. Under anvendelse af denne chip viser vi overvågningen af plasmonically fanget partikler, både i retninger parallelle og vinkelret på den plasmoniske nanostruktur. Desuden måler vi den maksimale kraft af den immobiliserede partikel ved at øge væskens hastighed for at finde den deponering hastighed i mikrochip. Denne undersøgelse er unik, fordi de fleste undersøgelser af plasmoniske pincet ikke kvantitativt kan vise den maksimale fældefangst kræfter, der anvendes i deres forsøgsopstillinger.
Protocol
Representative Results
Discussion
SMF kablet blev indsat i SMF kabelhullet på mikrochippen, som vist i den rektangulære prik af figur 6a. Fordi SMF kabelhullet er større end kablets diameter, blev epoxy lim, der anvendes til at tætne mellemrummet for at blokere lækage af den strømmende partikel opløsning. Før anvendelse af epoxylim, bør guldet blok og kabel kant være koaksialt i hånden med et mikroskop. Selv om det er ideelt for det indsatte kabel kant og den nanohole skal koaksialt, kan en lille forskydning tolereres, fordi …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af IKT-FoU-program for MSIP / IITP (R0190-15-2040, Udvikling af et indhold configuration management-system og en simulator for 3D-print ved hjælp smarte materialer).
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 |
Referências
- 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).
