Wir möchten auch Xiaoyu Miao und Ben Wilson für die Entwicklung der meisten der beschriebenen Methoden innerhalb danken. Diese Arbeit wurde vom National Science Foundation (DBI 0454324) und dem National Institute of Health (R21 EB005183) und PHS NRSA T32 GM07270 aus NIGMS zu ECK finanziert.

1. Zufällige Au Nanopartikel Array Fabrication 8,10,12,14 <ol><li> Die Au-Nanopartikel-Arrays ist, indem zunächst eine Vorlage, die von einer dichten Schicht von zufällig adsorbierten Latex-Kugeln mit mittleren Durchmesser von 454 nm vorgenommen wird. Hierzu wird zunächst verdampft Gold auf einem Deckglas zu einer Dicke von 20 nm unter Verwendung von Chrom als Haftschicht erreicht. </li><li> Die Polystyrol-Kugel Monoschicht wird dann, indem man die gold-beschichteten Substrat eine Mischung aus selbstorganisierten 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimid Hydrochlorid (EDC), Latex-Bereich Fahrwerk und de-ionisiertem Wasser. </li><li> Das Adsorptionsverfahren ist berechtigt, für etwa eine Stunde dauern und die nicht absorbierte Kugeln sind weg mit viel Wasser gewaschen. </li><li> Die gebildeten Monoschicht an der Luft getrocknet. </li><li> Schließlich ist ein weiterer 20 nm Gold auf dem Latex Kugel Monoschicht eingedampft, um die zufällige Gold-Nanopartikel-Arrays zu bilden. </li><li> Wenn ein SEM verfügbar ist, können die AuNP Array unter dem SEM gesehen werden, wie in Abbildung 1 und ein Diagramm des Prozesses ist in Abbildung 8 gezeigt aussehen. </li></ol> 2. Biologische Probenvorbereitung 9,11 <ol><li> Probenvorbereitung für die optisch Trapping Maus Zellkerne wird nun angezeigt. </li><li> 3T3 Maus-Zellkernen mit Acridinorange-Farbstoff markiert wurden aus dem Tewari Gruppe am Fred Hutchinson Cancer Research Center erhalten. </li><li> 10 (BSA:: Maus Zellkerne) 10% Rinderserumalbumin (BSA) in Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (PBS) ist es, die Maus Zellkerne in einer Konzentration von etwa 1 gegeben. Die BSA hilft, die Kerne ein Verkleben mit dem Substrat zu verhindern. </li><li> Mischen Sie die Lösung mit Ultraschall. </li><li> 5 UL unserer Lösung wird auf die Aluminium-Gitter Array Deckglas aufgebracht. Es ist besser, diesen Schritt mit dem Aluminium-Gitter auf das Mikroskop der Bühne, so dass Sie nicht über den Probentransport nach der Lösung abgeschieden wird. </li><li> Zwei Stapel aus zwei 1 &quot;von 1&quot; Deckgläser werden verwendet, um ein Fünftel Deckglas durch welche die Probe betrachtet wird unterstützt. </li><li> Position der Probe unter dem Mikroskop betrachten. </li></ol> 3. Verfahren zur Überfüllung <ol><li> Die optische Pinzette, indem er eine 35 mW Helium-Neon-Laser durch ein Zeiss Axio Imager.D1M mit einem GFP-17 Filter gesetzt, die so modifiziert, dass für 633 nm Laserstrahlung der Probe erreichen ist ausgestattet gebaut. </li><li> Ein Zeiss LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50fach Objektiv wird verwendet, um Bild die Zellkerne, die etwa 5 Mikrometer im Durchmesser sind. </li><li> Nachdem die Probe unter dem Objektiv angebracht ist, konzentrieren das Mikroskop auf die Gold-Nanopartikel-Arrays oder Beugungsgitter. </li><li> Übersetzen Mikroskop vertikal bis Fokus auf die Kerne, die Sie wünschen, trap erreicht wird. </li><li> Position Laserfalle Ort über Partikel-und des Teilchens sollte dann seine Position in der Laserspot, auch wenn die Bühne übersetzt wird. </li></ol> 4. Repräsentative Ergebnisse: Die zufällige Gold-Nanopartikel-Arrays Verfahren sollten Hinterlegung einer Monoschicht AuNP ist, dass unter einem SEM angesehen werden kann, um wie in Abbildung 1 aussehen. Die Klemmkraft durch diese Plasmonen Pinzette erstellt wurden, können 10-20 mal die Kraft, die durch herkömmliche optische Pinzette erzeugt werden. Die minimale Intensität der Plasmonen Pinzette benötigt, um Teilcheneinschluss zu erreichen sind für Partikel unterschiedlicher Größe in Abbildung 4 dargestellt. 9,10 Das Beugungsgitter erreicht Ausrichtung und Abfangen mit 20-fach höheren Wirkungsgrad als Trapping das Gold Nanodots und konnte erreichen, Trapping mit möglichst wenig als 17 uW / um 2 (Abbildung 7). 11 <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> Abbildung 1 10 (a) REM-Aufnahme des selbstorganisierten Gold-Nanopartikeln. Der Durchmesser der einzelnen Gold-Nanopartikel beträgt etwa 450 nm. (B) NSOM Bild der Plasmonen Substrat, wo die Nanopartikel Verteilung ist spärlich, zeigt die Nahfeld-Strahlung. Die Wellenlänge der Anregung Laser 633 nm. (C) Hohe Vergrößerung Blick auf den Bereich mit dem roten Quadrat in (b) gekennzeichnet. (D) Streuung Effizienz Spektrum der Plasmonen Substrat, zeigt der Peak bei 624 nm. (E) Absorption Effizienz Spektrum der Plasmonen Substrat, zeigt der Peak bei 668 nm. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> Abbildung 2 13 (a) Au Nanokügelchen zufällig auf einem 2D-Domain 1 verteilt x 1 &amp;mgr; m 2. Jeder blaue Punkt stellen die Mitte der Nanokügelchen (a = 60 nm). Scattering Feldverteilungen auf der Beobachtung Ebenen, die parallel zu den zufälligen Nanokugel Array sind in (b) gezeigt - (e). Die Nanokugel Array wird gleichmäßig durch eine ebene Welle mit der Wellenlänge von 540 nm beleuchtet. Der Brechungsindex des umgebenden Mediums ist 1,33. Die polarization Richtung der ebenen Welle entlang der X-Achse (horizontal in (a)). Die Größe des einfallenden elektrischen Feld ist mit 1 angenommen in die Berechnung ein. Die Trennung zwischen der Beobachtungsebene und die Nanokugel Array ist als h. definiert b) h = a. c) h = 2a. d) h = λ. e) h = 2λ. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> Abbildung 3 9 Schematische Darstellung der kundenspezifischen Fluoreszenzmikroskop Konfiguration mit einem umgangen Anregungsfilter und ersetzt dichroitische Strahlteiler. Dies ist die Konfiguration für die simultane Einfangen und Fluoreszenz-Bildgebung verwendet. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> Abbildung 4 10 Die minimale Laserintensität, um die Falle als eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit der umgebenden Flüssigkeit Nutzung plasmonischen Trapping erhalten. Alle optischen Intensitäten sind auf Probenebene unter dem Mikroskop Ziel gemessen. (A) - (f) zeigen die Messergebnisse für einzelne Polystyrol-Kügelchen mit einem Durchmesser von 7,3, 6,3 (nicht-sphärische), 5,0, 3,9, 2,5 und 1,1 um beträgt. Die Einschübe zeigen die entsprechenden mikroskopischen Bilder der Teilchen. Die Maßstäbe in allen Bildern vertreten 5 mu m in der Länge. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> Abbildung 5 10 Die Steigung der Ausgleichsgerade durch Herkunft in Abb.. 4 gegen Partikelgröße für plasmonischen Trapping. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichungen der linearen passt. Die Steigung der Ausgleichsgerade (Verhältnis zwischen der optischen Intensität Schwellen-und Durchfluss) in Abb.. 4 hat ein annähernd linearer Zusammenhang mit der Partikelgröße als in dieser Figur gezeigt, was darauf hinweist den Vorteil, dass Plasmonen Trapping insbesondere für kleine Teilchen. <img alt="Abbildung 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> Abbildung 6 11 (a) Schematische Darstellung des erweiterten optischen Fallen nutzen 1-D periodischen Nanostrukturen. Der einfallende Strahl gebeugt wird durch die periodische Nanostruktur bei weitem Feld. (B) Die Intensitätsverteilung des Lichtes mit zwei orthogonalen Polarisationen Nanostruktur bei weitem Feld. (B) Die Intensitätsverteilung des Lichtes mit zwei orthogonalen Polarisationen an der Oberfläche eines Aluminium-Gitter mit einer 417 nm Periode unter Verwendung FDTD-Simulationen. Die Verteilung ist die Intensität auf einer flachen Aluminium-Oberfläche normalisiert. (C) und (d) Trapping Potenzial für Partikel direkt über dem Gitter Oberfläche im Vergleich Lage des Teilchens für (c) eine 350 nm Polystyrol-Kügelchen und (d) eine 1 um Polystyrolkugel. Die weißen Kreise zeigen die Größe der Partikel. Einschübe zeigen die Trapping-Potential über eine flache Aluminium-Oberfläche für die gleiche Partikelgröße als Vergleiche. Die Werte werden für jede Partikelgröße normalisiert. Für alle FDTD Simulation Figuren das Sichtfeld ist 10 x 8 &amp;mgr; m 2. <img alt="Abbildung 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> Abbildung 7 11 (a) Trap Effizienz und minimale Trapping Intensität für Polystyrol-Kügelchen in verschiedenen Größen mit Strahlpolarisation senkrecht zur Gitter-Linien gemessen. Inset zeigt trap Asymmetrie in Trapping Effizienz für die Übersetzung eines 3,87 um Polystyrolkugel senkrecht und parallel zu den Regeln des Gitters. Die durchgezogene Linie (große Asymmetrie) ist mit dem einfallenden Licht polarisiert senkrecht zu den Gitterlinien erhalten, und die gestrichelte Linie (kleine Asymmetrie) ist mit dem einfallenden Licht parallel zu dem Gitter erhalten. Das Gerät ist in (pN [mW / um 2] -1). (B) - (d) Trapping Demonstration eines fluoreszierenden 590 nm Polystyrol-Kügelchen. Der rote Kreis zeigt die Position des Laserspots wie das Laserlicht zu schwach zu sehen war. Zunächst werden die Teilchen innerhalb der Stelle mit höherer Leistung gefangen, als die Macht der Brownschen Bewegung des Teilchens überwindet die Klemmkraft verringert wird, so dass die Partikel zu entkommen. (E) - (g) Trapping Demonstration eines fluoreszierenden Eierstockkrebs Zellkern. Die minimale Intensität erforderlich, um Überfüllung zu initiieren war 16 mW / &amp;mgr; m 2 unter Verwendung eines 20x Objektiv. <img alt="Abbildung 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> Abbildung 8 14 Fabrication Verfahren des kappenförmigen Gold-Nanopartikeln: a) Die Verdampfung des Cr und Au dünne Schicht auf dem Deckglas. b) Die Exposition gegenüber dem Polystyrol Kugel Federung und Adsorption von Kugeln für 1 Stunde. c) Entfernung von nicht-adsorbierten Polystyrolkügelchen und Trocknung der Oberfläche. d) Verdampfen von einer weiteren Schicht Au auf der Vorlage Sphären. e) Schematische Darstellung des kappenförmigen Au-Nanopartikel-Arrays, wo Au deckt nur die Oberseite der Vorlage Sphären.

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	<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>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die Bedeutung dieser Fangmethoden ist, dass sie die optische Intensität notwendig für eine nachhaltige Fang von irgendwo Rückgang in der Größenordnung von 10 3 mW / um 2 bis irgendwo in der Größenordnung von 10 mW / &amp;mgr; m 2. 10,11 Die Beschränkungen dieser Techniken werden, dass die Gold-Nanopartikel-Arrays Heizung Probleme, die überwunden werden müssen Erfahrungen. Zur Überwindung dieses Problems kann ein 2D-photonischen Kristall-Struktur, die aus einem dielektrischen M...

<table border="1"><tr><td> Material Name </td><td> Typ </td><td> Firma </td><td> Catalog Number </td><td> Kommentar </td></tr><tr><td> Axio Imager Mikroskop </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> Mikroskopobjektiv </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Zeiss-Mikroskop-Kamera </td><td> AxioCam MRc </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Helium-Neon-Laser </td><td> 35 mW </td><td> Forschung Electro-Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Variabler Abschwächer </td><td> Continuously Variable ND </td><td> ThorLabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> Für das Einstellen Mikroskop Intensität </td></tr><tr><td> Zeiss-Filter-Set </td><td> Filter-Set # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> Filter-Set # 17 </td></tr><tr><td> Mikropräparate </td><td> 0,5 mm Dicke </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 Maus Zellkerne </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td> Shop so kalt wie möglich </td></tr><tr><td> Acridinorange-Farbstoff </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> Bovine Serum Albumin </td><td> 1 bis 10 Ration in PBS </td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> 454 nm Polystyrenkugeln </td><td></td><td> Polysciences, Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimidhydrochlorid (EDC) </td><td> 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> Gold (für die Ablagerung) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Reflektierende ausgeschlossen Beugungsgitter </td><td></td><td> Edmund Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Phosphate Buffered Saline (PBS) </td><td> Dulbeccos Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (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

Eine Methode, um die Position und Orientierung des Submikronpartikel manipulieren destruktiv wäre ein unglaublich nützliches Werkzeug für die biologische Grundlagenforschung werden. Vielleicht ist die am weitesten verbreitete körperliche Kraft, um nicht-invasiven Manipulation von kleinen Partikeln zu erreichen hat Dielektrophorese worden (DEP). 1 Allerdings fehlt DEP auf eigene Vielseitigkeit und Präzision, die gewünschten beim Manipulieren von Zellen sind, da sie traditionell mit stationären Elektroden durchgeführt. Optische Pinzetten, die eine dreidimensionale elektromagnetische Feldgradienten Kräfte auf kleine Partikel ausüben zu nutzen, dies zu erreichen gewünschte Vielseitigkeit und Präzision. 2 Allerdings ist ein großer Nachteil dieses Ansatzes die hohe Strahlungsintensität erforderlich, um die notwendige Kraft zu erreichen, um eine Partikelfalle, die können biologische Proben Schaden 3 Eine Lösung für den Rückhalt und die Sortierung mit geringeren optischen Intensitäten ermöglicht werden optoelektronische Pinzette (OET), aber OET ist außerdem Einschränkungen mit feinen Manipulation von kleinen Partikeln,.. dass DEP-basierte Technologie setzt auch Einschränkung auf dem Grundstück der Lösung 4 , 5 Dieses Video Artikel beschreibt zwei Methoden, die die Intensität der Strahlung für die optische Manipulation von lebenden Zellen benötigt verringern und auch eine Methode zur Orientierung zu kontrollieren. Die erste Methode ist plasmonischen Pinzette, die eine zufällige Gold-Nanopartikel (AuNP) Array zu verwenden als Substrat für die Probe, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die AuNP Array wandelt die auftreffenden Photonen in lokalisierte Oberflächenplasmonen (LSP), die von resonanten Dipolmomente, die aus strahlen und erzeugt eine gemusterte Strahlungsfeld mit einer großen Steigung in der Zelle Lösung. Erste Arbeiten zur Oberflächen-Plasmon erweitert Trapping von Righini et al und unsere eigene Modellierung haben gezeigt, den von der Plasmonen Substrat erzeugt reduzieren die anfängliche Intensität erforderlich durch die Stärkung der Gradientenfeld, dass Fallen der Teilchen. 6,7,8 Die Plasmonen Ansatz für feine erlaubt Orientierung Kontrolle von ellipsoidischen Teilchen und Zellen mit niedrigen optischen Intensitäten aufgrund der effizienteren optische Energie Umwandlung in mechanische Energie und einem Dipol-abhängige Strahlungsfeld. Diese Felder sind in Abbildung 2 dargestellt und die geringe Überfüllung Intensitäten sind in den Abbildungen 4 und 5 beschrieben. Die Hauptprobleme bei Plasmonen Pinzetten sind, dass die LSP ist eine beträchtliche Menge an Wärme zu erzeugen und die Trapping ist nur zweidimensional. Diese Wärme erzeugt konvektiven Strömungen und Thermophorese die stark genug sein, um Submikronpartikel aus der Falle zu vertreiben können. 9,10 Der zweite Ansatz, dass wir beschreiben, nutzt periodischen dielektrischen Nanostrukturen einfallendes Licht streuen sehr effizient in Beugung Modi, wie in Abbildung 6 gezeigt, . 11 Idealerweise würde man diese Struktur aus einem dielektrischen Material auf die gleiche Heizung Probleme mit der Plasmonen Pinzette erlebt zu vermeiden, aber in unserem Ansatz eine Aluminium-beschichtete Beugungsgitter ist als eine eindimensionale periodische dielektrische Nanostruktur verwendet. Obwohl es nicht ein Halbleiter, dauerte es nicht erleben eine signifikante Erwärmung und effektiv gefangen kleine Partikel mit geringer Trapping Intensitäten, wie in Abbildung 7 dargestellt. Ausrichtung der Partikel mit dem Gitter Substrat konzeptionell bestätigt die These, dass ein 2-D photonischer Kristall könnte präzise Rotation des nicht-sphärische Partikel mikrometergroßen ermöglichen. 10 Die Effizienz dieser optischen Fallen sind aufgrund der verbesserten Felder durch die Nanostrukturen beschrieben hergestellt erhöht dieser Veröffentlichung.

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

Plasmonic Pinzette und photonischen Kristall Nanostrukturen gezeigt, nützliche Verbesserungen in der Effizienz und Orientierung Kontrolle von optisch Trapping Mikro-und Nano-Partikel zu produzieren.

Nutzung von Plasmonic und Photonic Crystal Nanostrukturen für verbesserte Mikro-und Nanopartikel-Manipulation

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 Aufrufe.  University of Washington. Plasmonic Pinzette und photonischen Kristall Nanostrukturen gezeigt, nützliche Verbesserungen in der Effizienz und Orientierung Kontrolle von optisch Trapping Mikro-und Nano-Partikel zu produzieren.

Serie: 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.

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

Forschung

Ingenieurwesen

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.

Synthese von Immunotargeted Magneto-Plasmonen Nanocluster

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

Chemie

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.

Herstellung und Betrieb eines Nano-Optical Fließband

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.

Die Messung der Streunichtlinearitäten von einem Einzel Plasmonische Nanopartikel

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.

Multifunktions-Hybrid Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au Nanopartikel für effiziente Plasmonische Heizung

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.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und 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 ...

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.

Plasmonische Trapping und Freisetzung von Nanopartikeln in einer Monitoring-Umgebung

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.

Herstellung von periodischen Gold Nanocup Arrays mit kolloidalen Lithographie

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.

Photodeposition von Pd auf kolloidale Au Nanostäbe durch Surface Plasmon Erregung

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.

Nutzung von Plasmonic und Photonic Crystal Nanostrukturen für verbesserte Mikro-und Nanopartikel-Manipulation

Zusammenfassung

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