Изготовление и эксплуатация нанооптических конвейерной

Захват, допрос и манипуляции отдельных наночастиц большее значение в области нанотехнологий. Оптический пинцет стали особенно успешными техника манипуляции для экспериментов в области молекулярной биологии, химии ^{1-4 5-7} и нано-сборки ^7-10, где они позволили прорывные эксперименты, такие как измерения механических свойств единичных молекул ДНК ^{4 и} сортировка клеток их оптических свойств ^11,12. Открытия на этих границ открывать исследование еще меньших систем, и они делают путь для техники новых практически полезных продуктов и технологий. В свою очередь, эта тенденция приводит в необходимости новых методов манипулирования меньшие, более элементарные частицы. Кроме того, есть толчок, чтобы построить "лаборатория на чипе" устройств для выполнения этих функций более дешево и в меньшем пакете в целях приведения химических и биологических тестов из рядаЛаборатория и в области медицинских и других целей ^13,14.

К сожалению, обычной оптической ловушки (СОТ), не может удовлетворить все растущие потребности нанотехнологии. СОТ действует на механизме с помощью высокой числовой апертурой (NA) линзы объектива довести лазерное излучение с жесткой фокусировки, создания локализованного пика в оптической интенсивности и высоких градиентов в энергии электромагнитного поля. Эти плотность энергии градиенты оказывают результирующую силу на светорассеивающих частиц, которые, как правило привлекает их в направлении к центру фокуса. Захват мелких частиц, требует более высокой оптической мощности или жесткий фокус. Тем не менее, сосредоточены лучи света подчиняются принципу дифракции, которая ограничивает минимальный размер фокусного пятна и устанавливает верхнюю границу по градиенту плотности энергии. Это имеет два немедленных последствий СОТ не могут подстерегать мелкие предметы эффективно, и СОТ имеет проблемы различения близко расположенных частиц, разрешение улавливанияограничение известно как проблема-х толстые пальцы. Кроме того, реализации нескольких захвата частиц с СОТ требует системы управления лучом оптики или пространственных модуляторов света, компонентов, которые резко увеличивают стоимость и сложность оптической системы захвата.

Один из способов обойти фундаментальные ограничения обычных сфокусированных пучков света, сказал распространяться в дальнем поле, чтобы вместо эксплуатировать градиенты оптического электромагнитной энергии в ближнем поле. Ближнее поле экспоненциально затухает вдали от источников электромагнитных полей, что означает, что она не только сильно локализованы в этих источниках, но это также показывает очень высокие градиенты в его плотности энергии. В районе месторождения нано-металлических резонаторов, таких как галстук-бабочка проемов, колонн, нано и С-образных гравюр, было показано, проявляют необычные концентрации электромагнитной энергии, дополнительно усиливается плазмонного действия из золота и серебра на ближайшем инфрared и оптические длины волн. Эти резонаторы были использованы для улавливания мельчайших частиц при высокой эффективности и разрешения ^15-22. Хотя этот метод оказался эффективным при улавливания мелких частиц, он также доказал быть ограничены в своей способности транспортировать частицы над заметной диапазоне, что необходимо, если системы ближнего поля являются для взаимодействия с системами дальнего поля или микрофлюидики.

Недавно наша группа предложила решение этой проблемы. При резонаторы расположены очень близко друг к другу, частицы могут, в принципе, мигрируют из одного ближнего поля оптической ловушки к другой без выхода из поверхности. Направление транспорта может быть определена, если соседние ловушки может быть включен и выключен отдельно. Линейный массив из трех или более адресуемых резонаторов, в котором каждый резонатор чувствительны к поляризации или длины волны света отличается от своих соседей, работает как оптический конвейерной ленты, транспортировки nanopartiциклы на расстоянии нескольких микрон на чипе.

Так называемый «Нано-оптический Ленточный конвейер" (NOCB) является уникальным среди плазмонных схем резонатора захвата, а не только он может держать частицы на месте, но он также может перемещать их на высокой скорости вдоль узорной треков, собирать или дисперсных частиц, смешивать и ставить их в очередь, и даже сортировать их по свойствам, например, их подвижности ^23. Все эти функции управляются посредством модуляции поляризации или длину волны освещения, без необходимости лучом оптики. В ближней зоне оптической ловушки, то NOCB захвата разрешение выше, чем у обычных сфокусированного пучка оптических ловушек, так что он может различать частиц в непосредственной близости; потому что он использует металлический наноструктуры сосредоточиться свет в захват хорошо, это энергоэффективный и не требует дорогостоящих оптических компонентов, таких как высокая цель НС. Кроме того, многие NOCBs может работать параллельно, при высокой упаковке денплотность, на той же подложке, и 1 Вт мощности может управлять более 1200 отверстий ^23.

Недавно мы продемонстрировали первый поляризационный приводом NOCB, плавно продвигая наночастицы назад и вперед вдоль дорожки ²⁴ 4,5 мкм,. В этой статье мы представляем шаги, необходимые для спроектировать и изготовить устройство, оптически активировать и воспроизводить транспортный эксперимент. Мы надеемся, что делает этот метод более широко доступны поможет преодолеть разрыв между размером микрофлюидики, далеких оптике, и наноразмерных устройств и экспериментов.