JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

לכידה אופטית של חלקיקים

Published: January 15, 2013
doi:
10.3791/4424
, , , ,
1Electrical and Computer Engineering,University of Victoria

Summary

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

Abstract

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.

Protocol

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. 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. חבר APD לאוסצילוסקופ (Tektronics, TDS1012) באמצעות כבל קואקסיאלי. הוסף צלחת חצי גל (Thorlabs, AHWP05M-980) בתוך expander הקורה. הצלחת חצי הגל הוא הדק בין שני צינורות עדשה (Thorlabs, SM1L03). 2. Nanofabrication 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. 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. לפברק את המבנה הכפול nanohole באמצעות מערכת הטחינה FIB (היטאצ'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. הוסף סמני רישום, בין אם באמצעות FIB ו / או על ידי חוכדי לציין את המיקום המשוער של פעמים nanohole (הים). לחלופין, לקחת תמונת SEM של חורים בצורה מדויקת כדי להעריך את איכות מבנה והפרדת קצה. 3. Microfluidic קאמרי תרשים זרימת תהליך לבודה הקאמרית microfluidic מוצג באיור 4. 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. לפנות תערובת בתא ואקום עד שכל הבועות נעלמות. יוצק 1.5 גרם של PDMS לתוך צלחת פטרי קוטר סנטימטר 9. ספין המעייל PDMS בתחתית צלחת הפטר ב950 סל"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. 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'. 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. אם מניפולציה של coverslips נדרשה, לפנות צלחת פטרי שוב למשך 30 דקות. הסרת צלחת פטרי מתא ואקום ומבשל על פלטה חמה למשך 20 דקות ב 85 ° C. 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. גזור את חלון 3 x 3 מ"מ בPDMS עם סכין גילוח כמו באיור 4f. חלון זה יהווה את החדר שבו nפתרון anoparticle יישמר. 4. לדוגמא הכנה לפברק שקופית מיקרוסקופ עם ¾ "חור בקוטר במרכז באמצעות אקרילי. זה יכול להיות מושלם עם חותך ליזר. חומרים אחרים ניתן להשתמש גם כן. מדגם הזהב ימוקם בתוך החור. קלטת ההיקף של החור עם סרט דו צדדי. השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך קלטת עודפת. שקופית מיקרוסקופ מקום על coverslip, PDMS עם פנים כלפי מעלה. לדלל את תמיסת פוליסטירן nanosphere (Thermo Scientific, 3020A) בין 1% w / v עד 0.05% w / v באמצעות מי deionized. Micropipette ניתן להשתמש. הוסף כמה טיפין של תמיסה בחלון PDMS. הוסף טיפה על מדגם הזהב שבו nanoholes נמצאים. 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. 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. הוסף שקף מיקרוסקופ לתוך החזיק שקופיות, שמן פונה כלפי מטה, ולאחר מכן החזיק שקופיות נמוכות עד שמן טבילה במגע עם מטרת מיקרוסקופ. בערך ליישר שקופית שלב כזה שסימני חיווי הם מתחת ליעד. עקבו קווי חיווי שהובילו לnanoholes. שקופית כך שסימני חיווי ושטחים פתוחים אחרים שפינו ממרכז מסך מיקום. העברת אור קיצונית יכולה לגרום לAPD. הפעל ליזר. כראי Dichroic אינו מושלם, מקום הקרוב למרכז המסך מקרן הליזר אמור להופיע. שימוש בתוכנת שליטת שלב piezo, לשכלל את היישור בכל השלושה הצירים. 5. רכישת נתונים עם ההלעמ 'מסימני החיווי, עמדה במקום קרוב למיקום nanohole ידוע. את nanoholes יהיה קטן מכדי להיפתר וצריך להופיע רק ככתמים. 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. שימוש waveplate, להתאים את קיטוב האור להעברת אור הגבוהה ביותר כמבנה כפול nanohole הוא מקוטב. 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. חבר אוסצילוסקופ והנתונים acquisמודול ition (אומגה, USB-4711A) למסנן RC עם כבלים קואקסיאליים ומתאם T. 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. באמצעות Matlab, לסנן את הנתונים שנרכשו באמצעות מסנן Savitzky-Golay ולשרטט אותו כתלות בזמן בגרף.

Representative Results

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. _content "> 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 "/> 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. . 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"ה = הכפול nanohole; APD = מפולת photodetector. איור 3) דמות מפה סיבית לדוגמה השתמשה בFIB הייצור;. ב) תמונת SEM של פעמים nanohole. איור 4. תרשים תהליך לבודה הקאמרית microfluidic. איור 5. (א) רכישה אופיינית של השמנת אירועים עם 20 כדורי פוליסטירן ננומטר. (ב) רכישה עניה מראה נסחף חריף.

Discussion

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"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.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

Materials

Name Manufacturer Serial Number Comments
Immersion Oil Cargille Labs 16484 Quantity: 1
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit Dow Corning Canada   Quantity: 1
Contains both PDMS base and curing agent
Gold Coated Test Slides EMF Corp Cr/Au Quantity: 1
A Ti adhesion layer can be used as well
No 1.5 Coverslips Fisher Scientific 12-541-B Quantity: 1
Focused-Ion Beam System Hitachi FB-2100  
Portable Data Acquisition Module Omega Engineering USB-4711A Quantity: 1
Linear Stage Parker 4034M Quantity: 1
Laser Diode Head and Controller Sacher Lasertechnik Group TEC 120 Quantity: 1
Manual Tunable Littrow Laser System
Digital Oscilloscope Tektronics TDS1012 Quantity: 1
20 nm Nanosphere Size Standards Thermo Scientific 3020A Quantity: 1
1″ Lens Mount Thorlabs LMR1 Quantity: 1
0.3″ Lens Tube Thorlabs SM1L03 Quantity: 2
Absorptive ND 4.0 Filter Thorlabs NE40A Quantity: 1
Aluminum Breadboard Thorlabs MB1824 Quantity: 1
Avalanche Photodiode Thorlabs APD110A Quantity: 1
Digital Optical Power Meter Thorlabs PM100 Quantity: 1
Obsolete, others will do
Force Measurement Module Thorlabs OTKBFM Quantity: 1
Kinematic Mirror Mount Thorlabs KM200-E03 Quantity: 1
With Near IR Laser Quality Mirror
Laser Diode Constant Current Driver Thorlabs LD1255R Quantity: 1
LD1255 Optical Table Mounting Plate Thorlabs LD1255P Quantity: 1
Mounted Achromatic Half-Wave Plate Thorlabs AHWP05M-980 Quantity: 1
690 – 1200 nm
Optical Tweezer Kit Thorlabs OTKB/M Quantity: 1
Metric or Imperial
Post Holder Base Thorlabs BA2 Quantity: 2
Power Supply Thorlabs PS-12DC-US Quantity: 1
Power Supply Cable Thorlabs LD1255-CAB Quantity: 1
Right Angle Plate Thorlabs AP90 Quantity: 1
Right Angle Post Clamp Thorlabs RA90 Quantity: 1
Stainless Steel Optical Post Thorlabs TR3 Quantity: 1
Table Clamp Thorlabs CL1 Quantity: 2
Obsolete, others will do
Thermal Sensor Thorlabs PM210 Quantity: 1
For digital optical power meter
100 pF Capacitor Quantity: 1
Any brand, not critical
200 KOhm Resistor Quantity: 1
Any brand, not critical
Acrylic Sheet Quantity: 3″ x 1″
Any brand, not critical
Assortment of coaxial cables, wires and connectors As needed
Breadboard Quantity: 1
Any brand, not critical
Concave Lens Quantity: 1
Any brand, not critical
Diamond Cutter Quantity: 1
Any brand, not critical
Double Sided Tape Any brand, not critical
Razor Blade Quantity: 1
Any brand, not critical
Tweezers Quantity: 1
Any brand, fine tipped
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Optical TrappingNanoparticlesImmobilizingManipulatingGentle WayLightOptical TweezersFocused BeamPerturbative Gradient Force FormulationRayleigh Regime ParticlesOptical PowerDielectric ParticlesHeatingSelf-induced Back-action (SIBA) Optical TrappingPolystyrene SpheresNon-perturbative RegimePermittivity ContrastElectromagnetic FieldOptical Force

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Bergeron, J., Zehtabi-Oskuie, A., Ghaffari, S., Pang, Y., Gordon, R. Optical Trapping of Nanoparticles. J. Vis. Exp. (71), e4424, doi:10.3791/4424 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image