نود أيضا أن نشكر شياو يو مياو ويلسون بن لتطوير أكثر من الأساليب المذكورة داخل. وقد تم تمويل هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (DBI 0454324) والمعهد الوطني للصحة (R21 EB005183) وPHS NRSA T32 GM07270 NIGMS من لجنة الانتخابات.

1. عشوائية صفيف الاتحاد الافريقي nanoparticle التصنيع 8،10،12،14 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم تشكيل مجموعة جسيمات متناهية الصغر من خلال إنشاء الاتحاد الافريقي لأول مرة القالب الذي يتكون من طبقة كثيفة من المجالات اللاتكس كثف عشوائيا مع قطر يعني من 454 نانومتر. ويتم تحقيق هذا عن طريق التبخير أول ذهبية على الزجاج ساترة لبسمك 20 نانومتر باستخدام الكروم والتصاق طبقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> والبوليسترين المونولاير المجال ومن ثم تجميعها ذاتيا من خلال تعريض الركيزة المغلفة الذهب إلى خليط من 1 إيثيل - 3 - (3 - dimethylaminopropyl) carbodiimide هيدروكلوريد (EDC) ، واللثي تعليق المجال ، والمياه غير المتأينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ولا يسمح للعملية الامتصاص تستمر لحوالي ساعة واحدة ويتم غسلها المجالات غير استيعابها بعيدا مع كمية وفيرة من المياه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ولا يسمح للأحادي الطبقة تشكلت في الهواء الجاف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أخيرا ، يتم تبخير آخر 20 نانومتر من الذهب على المونولاير المجال اللاتكس لتشكيل جزيئات النانو الذهب عشوائية صفيف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا كان متوفرا SEM ، يمكن أن ينظر إليه في إطار مجموعة AuNP SEM لتبدو مثل الشكل 1 ويظهر رسم بياني للعملية في الشكل 8. </li></ol> 2. إعداد العينات البيولوجية 9،11 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يظهر الآن إعداد نموذج لمحاصرة بصريا الماوس نواة الخلية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تم الحصول على نواة الخلية 3T3 ماوس المفتاحية أكريدين الصبغة البرتقالية من مجموعة تيواري في مركز فريد هاتشينسون لأبحاث السرطان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 10 ٪ يضاف مصل الزلال البقري (BSA) في الفوسفات مخزنة المالحة (PBS) إلى نواة الخلية الماوس في تركيز حوالي 1 : 10 (BSA : الفأر نواة الخلية). جيش صرب البوسنة يساعد على منع النواة من الالتصاق إلى الركيزة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحل باستخدام مزيج صوتنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وتودع 5 ماي من حلنا على الصفيف ساترة الألومنيوم صريف. فمن الأفضل لتنفيذ هذه الخطوة مع صريف الألومنيوم في المرحلة المجهر بحيث لم يكن لديك لنقل العينة بعد إيداع الحل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وتستخدم اثنين من اثنين من مداخن 1 &quot;في موعد أقصاه 1&quot; لدعم coverslips ساترة الخامسة عن طريق وهو ينظر إلى العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> موقف العينة تحت المجهر للعرض. </li></ol> 3. طريقة لاصطياد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هي التي شيدت في ملاقط بصرية عن طريق إرسال 35 ميغاواط ليزر الهليوم نيون من خلال محوري Imager.D1M زايس مجهزة بمجموعة 17 GFP التصفية التي يتم تعديلها للسماح لأشعة الليزر 633 نانومتر لتصل العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يستخدم NEOFLUAR 50x صورة موضوعية لنواة الخلية التي ما يقرب من 5 ميكرون في القطر -- ألف دينار زايس EC Epiplan. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد يتم وضع العينة في إطار الهدف ، والتركيز المجهر على صفيف الذهب جسيمات متناهية الصغر أو مقضب الحيود. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ترجمة المجهر عموديا حتى يتحقق التركيز على النواة التي كنت ترغب في الفخ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وينبغي أن موقف فخ بقعة الليزر أكثر من الجسيمات والجسيمات في المحافظة ومن ثم وضعها في بقعة الليزر حتى عندما تتم ترجمة هذه المرحلة. </li></ol> 4. ممثل النتائج : ينبغي للجسيمات متناهية الصغر إجراءات الذهب مجموعة عشوائية من إيداع المونولاير AuNP والتي يمكن عرضها في إطار SEM لتبدو مثل الشكل 1. يمكن محاصرة القوة التي أوجدتها هذه plasmonic ملاقط يكون 10-20 أضعاف القوة التي تم إنشاؤها بواسطة ملاقط بصرية القياسية. وتظهر شدة الدنيا المطلوبة لتحقيق plasmonic ملاقط الحبس الجسيمات عن جسيمات ذات أحجام مختلفة في الشكل 4. 9،10 صريف حيود تحقيق المواءمة والملائمة مع كفاءة أعلى 20 مرة من محاصرة nanodots الذهب ، ويمكن تحقيق الملائمة مع اقل كما يسكونس 17 / ام 2 (الشكل 7). 11 <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> الشكل 1 10 (أ) صورة مجهرية SEM من جزيئات الذهب الذاتي تجميعها. القطر من جزيئات الذهب الفرد حوالي 450 نانومتر. (ب) صورة NSOM الركيزة plasmonic حيث توزيع متناثر جسيمات متناهية الصغر ، والتي تبين الأشعة القريبة من الميدان. الطول الموجي لليزر الإثارة هو 633 نانومتر. (ج) عرض التكبير السامي للمنطقة مع وضع علامة حمراء في مربع (ب). (د) كفاءة الطيف نثر الركيزة plasmonic ، والتي تبين الذروة في 624 نانومتر. (ه) الطيف كفاءة امتصاص الركيزة plasmonic ، والتي تبين الذروة في 668 نانومتر. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> الشكل 2 13 (أ) الاتحاد الافريقي nanospheres موزعة بشكل عشوائي على نطاق 2D 1 × 1 ميكرومتر 2. كل نقطة زرقاء تمثل مركز nanosphere (أ = 60 نانومتر). وتظهر التوزيعات مجال تناثر على طائرات المراقبة التي هي موازية لمجموعة nanosphere عشوائي في الفقرة (ب) -- (ه). غير مضاءة بشكل موحد الصفيف nanosphere موجة الطائرة في الطول الموجي من 540 نانومتر. معامل الانكسار من الوسط المحيط هو 1.33. وبولاالاتجاه rization من النقاط على طول موجة الطائرة المحور السيني (الأفقي في الفقرة (أ)). ويفترض أن حجم الحقل الكهربائي الحادث لكي تكون 1 في الحساب. يتم تعريف الفاصل بين الطائرة والمراقبة الصفيف nanosphere كما ح ب) ح = أ. ج) ح = 2A. د) ح = λ. ه) ح = 2λ. <img alt="الشكل 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> الرقم 3 9 تخطيطي لتكوين مخصص المجهر مضان بما في ذلك تصفية الإثارة وتجاوز مزدوج اللون استبدال الحزم الخائن. هذا هو التكوين تستخدم لمحاصرة في وقت واحد والتصوير مضان. <img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> الرقم 4 10 كثافة الليزر للحفاظ على الحد الأدنى في فخ بوصفها وظيفة من معدل تدفق السوائل المحيطة الاستفادة من محاصرة plasmonic. ويتم قياس جميع الكثافات الضوئية على الطائرة العينة تحت المجهر الهدف. (أ) -- (و) تظهر نتائج القياس للالخرز البوليسترين واحد بقطر 7.3 و 6.3 (غير كروي) ، 5.0 ، 3.9 ، 2.5 و 1.1 ميكرومتر ، على التوالي. وinsets عرض الصور المجهرية المقابلة من الجسيمات. أشرطة النطاق في كل الصور تمثل 5 ميكرون في الطول. <img alt="الشكل 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> الشكل 5 10 المنحدر من خط تركيبها من خلال الأصل في الشكل. 4 مقابل حجم الجسيمات لمحاصرة plasmonic. أشرطة الخطأ تظهر الانحرافات المعيارية ليناسب الخطية. المنحدر من خط المجهزة (النسبة بين شدة العتبة البصرية ومعدل التدفق) في الشكل. 4 وجود علاقة خطية تقريبا مع حجم الجسيمات كما هو مبين في هذا الشكل ، مما يدل على الاستفادة من محاصرة plasmonic وخاصة بالنسبة للجسيمات أصغر. <img alt="الشكل 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> الشكل 6 11 (أ) رسم تخطيطي لمحاصرة تعزيز الاستفادة من النانو البصرية الدوري 1 - D. شعاع الحادث diffracted من البنية النانوية الدوري في الميدان حتى الآن. (ب) توزيع شدة الضوء مع اثنين من البنية النانوية متعامد الاستقطابات في حقل بعيد. (ب) توزيع شدة الضوء مع اثنين من الاستقطاب المتعامد على السطح من صريف الألومنيوم مع فترة 417 نانومتر تم الحصول عليها باستخدام المحاكاة FDTD. هو تطبيع توزيعها على كثافة على سطح الألومنيوم مسطح. (ج) و (د) إمكانية ملائمة للجسيمات مباشرة فوق سطح صريف مقابل موقع للجسيمات لالبوليسترين ألف (ج) 350 نانومتر حبة و (د) والبوليسترين 1 ميكرومتر حبة. الدوائر البيضاء توضيح أحجام الجسيمات. Insets تظهر إمكانات محاصرة فوق سطح الالومنيوم شقة لحجم الجسيمات نفس المقارنات. تم تطبيع القيم لكل حجم الجسيمات. لجميع الأرقام محاكاة FDTD مجال الرؤية هو 10 × 8 2 ميكرون. <img alt="الشكل 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> الشكل 7 11 (أ) الكفاءة والحد الأدنى من شدة فخ نصب الفخاخ لقياس الخرز البوليسترين من مختلف الأحجام مع عمودي الاستقطاب شعاع لخطوط صريف. أقحم يظهر التفاوت في فخ الكفاءة الملائمة لترجمة والبوليسترين 3.87 عمودي أم حبة ومتوازية لقواعد صريف. يتم الحصول على خط الصلبة (التباين الكبير) مع عمودي الاستقطاب الحادث الضوء على صريف ، ويتم الحصول على خط شرطة (عدم التماثل الصغيرة) مع الحادث الضوء المستقطب موازية لصريف. وحدة في (PN [ميغاواط / ميكرون 2] -1). (ب) -- (د) مظاهرة ملائمة لالفلورسنت 590 نانومتر حبة البوليسترين. دائرة حمراء تدل على موقف بقعة الليزر ضوء الليزر كما كانت خافتة جدا بحيث لا يمكن رؤيتها. في البداية محصورة الجسيمات داخل بقعة في أعلى السلطة ، كما هو خفض قوة الحركة البراونية للجسيمات يتغلب على قوة محاصرة ، والسماح للجسيمات من الفرار. (ه) -- (ز) مظاهرة ملائمة من نواة الخلية السرطانية المبيض الفلورسنت. كانت كثافة الحد الأدنى المطلوب لبدء محاصرة μW 16 / 2 ميكرون تم الحصول عليها باستخدام عدسة الهدف 20X. <img alt="الشكل 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> الشكل 8 التصنيع الداخلي 14 من جزيئات الذهب على شكل قبعة : أ التبخر) من الكروم والاتحاد الافريقي طبقة رقيقة على الزجاج ساترة. ب) التعرض للتعليق البوليسترين مجال من المجالات ، وامتصاص لمدة 1 ساعة. ج) إزالة المجالات البوليسترين غير كثف وتجفيف السطح. د) التبخر من طبقة أخرى من الاتحاد الافريقي على رأس مجالات القالب. ه) تخطيطي للصفيف سقف على شكل جسيمات متناهية الصغر الاتحاد الافريقي ، حيث لا يغطي سوى الاتحاد الافريقي في الجانب العلوي من المجالات القالب.

<ol>
	<li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanics of Particles. , (1995).</li><li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+and+manipulation+of+neutral+particles+using+lasers.">Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 4853-4853 (1997).</li><li>Neuman, K. C., Chadd, E. H., Liou, G. F., Bergman, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+photodamage+to+Escherichia+coli+in+optical+traps.">Characterization of photodamage to Escherichia coli in optical traps.</a> Biophys. J. 77, 2856-2856 (1999).</li><li>Chiou, P. C., Ohta, A. T., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images.">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436, 370-370 (2005).</li><li>Hsu, H. Y., Ohta, A. T., Chiou, P. Y., Jamshidi, A., Nealea, S. L., Wua, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phototransistor-based+optoelectronic+tweezers+for+dynamic+cell+manipulation+in+cell+culture+media.">Phototransistor-based optoelectronic tweezers for dynamic cell manipulation in cell culture media.</a> Lab Chip. 10, 165-172 (2010).</li><li>Righini, M., Ghenuche, P. S., Cherukulappurath, V., Myroshnychenko, F. J., Garcia de Abajo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quidant+Nano-optical+Trapping+of+Rayleigh+Particles+Escherichia+coli+Bacteria+with+Resonant+Optical+Antennas.">Quidant Nano-optical Trapping of Rayleigh Particles Escherichia coli Bacteria with Resonant Optical Antennas.</a> Nano Letters. 9, 3387-3391 (2009).</li><li>Righini, M., Zelenina, A. S., Girard, C., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+and+Selective+Trapping+in+a+Patterned+Plasmonic+Landscape.">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nature Physics. 3, 477-480 (2007).</li><li>Miao, X., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+dielectrophoresis+force+and+torque+induced+by+localized+surface+plasmon+resonance+of+a+cap-shaped+Au+nanoparticle+array.">Large dielectrophoresis force and torque induced by localized surface plasmon resonance of a cap-shaped Au nanoparticle array.</a> Opt. Lett. 32, 295-297 (2007).</li><li>Wilson, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Manipulation of Nanoparticles and Biological Samples through Enhanced Optical Forces [dissertation]. , (2009).</li><li>Miao, X. Y., Wilson, B. K., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+manipulation+of+micron/submicron+sized+particles+and+biomolecules+through+plasmonics.">Optical manipulation of micron/submicron sized particles and biomolecules through plasmonics.</a> Optics Exp. 16, 13517-13525 (2008).</li><li>Wilson, B. K., Mentele, T., Bachar, S., Knouf, E., Bendoraite, A., Tewari, M., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructure-enhanced+laser+tweezers+for+efficient+trapping+and+alignment+of+particles.">Nanostructure-enhanced laser tweezers for efficient trapping and alignment of particles.</a> Optics. Exp. 18, 16005-16013 (2010).</li><li>Miao, X., Wilson, B. K., Cao, G., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+Rotation+of+Nanowires+Assisted+by+Surface+Plasmons.">Trapping and Rotation of Nanowires Assisted by Surface Plasmons.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 15, 1515-1520 (2009).</li><li>Miao, X. Y., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+manipulation+of+biological+particles+through+a+plasmonic+platform.">Trapping and manipulation of biological particles through a plasmonic platform.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 13, 1655-1662 (2007).</li><li>Miao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plasmonics for Micro/Nano Manipulation and Optofluidics [dissertation]. , (2008).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

المغزى من هذه الأساليب لأنها محاصرة انخفاض كثافة الضوئية اللازمة لمحاصرة مستمرة من مكان ما على ترتيب مكان للμW 10 3 / 2 ميكرون بناء على أمر من μW 10 / 2 ميكرون. 10،11 والقيود المفروضة على هذه التقنيات هي أن جسيمات متناهية الصغر مجموعة الذهب الخبرات الت...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> اسم المادة </td><td> نوع </td><td> شركة </td><td> رقم كتالوج </td><td> تعليق </td></tr><tr><td> تصوير محوري مجهر </td><td> D1M </td><td> زايس </td><td> D1M </td><td> زايس محوري Imager.D1M </td></tr><tr><td> الهدف المجهر </td><td> 50x/0.55 </td><td> زايس </td><td></td><td> LD EC Epiplan -- NEOFLUAR 50x/0.55 HD مدينة دبي للإنترنت </td></tr><tr><td> زايس مجهر الكاميرا </td><td> AxioCam MRC </td><td> زايس </td><td></td><td></td></tr><tr><td> ليزر الهليوم نيون </td><td> 35 ميغاواط </td><td> البحوث الكهربائية والبصريات </td><td></td><td></td></tr><tr><td> متغير المخفف </td><td> متغير باستمرار ND </td><td> ThorLabs </td><td> NDC - 100C - 4M </td><td> لضبط شدة المجهر </td></tr><tr><td> تصفية مجموعة زايس </td><td> تصفية مجموعة # 17 </td><td> زايس </td><td> 488017-9901-000 </td><td> تصفية مجموعة # 17 </td></tr><tr><td> المجهر الشرائح </td><td> سماكة 0.5 مم </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 نواة الخلية الماوس </td><td></td><td colspan="2"> فريد هاتشينسون لبحوث السرطان مركز </td><td> مثل البرد ممكن مخزن </td></tr><tr><td> أكريدين صبغ برتقالي </td><td></td><td colspan="2"> فريد هاتشينسون لبحوث السرطان مركز </td><td></td></tr><tr><td> الأبقار مصل الزلال </td><td> 1-10 حصة في برنامج تلفزيوني </td><td colspan="2"> فريد هاتشينسون لبحوث السرطان مركز </td><td></td></tr><tr><td> 454 نانومتر المجالات اللاتكس البوليسترين </td><td></td><td> Polysciences ، وشركة </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimide هيدروكلوريد (EDC) </td><td> 1 إيثيل - 3 - (3 - dimethylaminopropyl) </td><td> G - العلوم البيولوجية </td><td> BC25 - 1 </td><td></td></tr><tr><td> الذهب (لترسب) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> تعكس مقضب الحيود حكمت </td><td></td><td> ادموند بصريات </td><td></td><td></td></tr><tr><td> التخزين المؤقت المالحة الفوسفات (PBS) </td><td> Dulbecco والفوسفات مخزنة المالحة (D - PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

utilization of plasmonic and photonic crystal nanostructures for enhanced micro- and nanoparticle manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Watch this Scientific Journal Video about Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation at JoVE.com

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

وترد وملاقط Plasmonic النانو الكريستال الضوئية لإنتاج تحسينات مفيدة في السيطرة والتوجيه من الكفاءة محاصرة بصريا المتناهية الصغر ومتناهية الصغر.

الاستفادة من النانو كريستال Plasmonic والضوئية لتعزيز التلاعب الصغرى ، والجسيمات النانوية

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

utilization-plasmonic-photonic-crystal-nanostructures-for-enhanced

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.2K Views.  University of Washington. وترد وملاقط Plasmonic النانو الكريستال الضوئية لإنتاج تحسينات مفيدة في السيطرة والتوجيه من الكفاءة محاصرة بصريا المتناهية الصغر ومتناهية الصغر.

Video: Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

تقييم النقل Plasmonic في سيلفر الحالية الحاملة الأسلاك المتناهية الصغر

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Engineering

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

تركيب Immunotargeted مغناطيسي plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Chemistry

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

تصنيع وتشغيل الحزام الناقل النانو البصرية

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

قياس التشتت الغير خطية من الجسيمات النانوية Plasmonic واحدة

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

هجين متعدد الوظائف الحديد<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au النانوية لالتدفئة Plasmonic كفاءة

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

الغروية توليف Nanopatch هوائيات للتطبيقات في Plasmonics وبصريات النانو

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonic اصطياد والإفراج عن النانوية في بيئة المراقبة

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

تصنيع صفائف الدوري نانوكوب الذهب باستخدام الطباعة الحجرية غرواني

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

الترسب الضوئي للPd on الغروية Au Nanorods بواسطة الإثارة البلازمون السطحية

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

Preparation of Silver-Palladium Alloyed Nanoparticles for Plasmonic Catalysis under Visible-Light Illumination

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular transformations. This opens possibilities for the use of visible or near-IR light as a sustainable input to drive and control reactions when plasmonic nanoparticles supporting LSPR excitation in these ranges are employed as catalysts. Unfortunately, this is not the case for several catalytic metals such as palladium (Pd). One strategy to overcome this limitation is to employ bimetallic NPs containing plasmonic and catalytic metals. In this case, the LSPR excitation in the plasmonic metal can contribute to accelerate and control transformations driven by the catalytic component. The method reported herein focuses on the synthesis of bimetallic silver-palladium (Ag-Pd) NPs supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2) that acts as a plasmonic-catalytic system. The NPs were prepared by co-impregnation of corresponding metal precursors on the ZrO2 support followed by simultaneous reduction leading to the formation of bimetallic NPs directly on the ZrO2 support. The Ag-Pd/ZrO2 NPs were then used as plasmonic catalysts for the reduction of nitrobenzene under 425 nm illumination by LED lamps. Using gas chromatography (GC), the conversion and selectivity of the reduction reaction under the dark and light irradiation conditions can be monitored, demonstrating the enhanced catalytic performance and control over selectivity under LSPR excitation after alloying non-plasmonic Pd with plasmonic metal Ag. This technique can be adapted to a wide range of molecular transformations and NPs compositions, making it useful for the characterization of the plasmonic catalytic activity of different types of catalysis in terms of conversion and selectivity.

Presented here is a protocol for the synthesis of silver-palladium (Ag-Pd) alloy nanoparticles (NPs) supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). This system allows for harvesting energy from visible light irradiation to accelerate and control molecular transformations. This is illustrated by nitrobenzene reduction under light irradiation catalyzed by Ag-Pd/ZrO2 NPs.

الاستفادة من النانو كريستال Plasmonic والضوئية لتعزيز التلاعب الصغرى ، والجسيمات النانوية

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video