Optical tweezing and binding at high irradiation powers on black-Si

• Shoji, Tatsuya

• Mototsuji, Ayaka

• Balčytis, Armandas

• Linklater, Denver

• Juodkazis, Saulius

• Tsuboi, Yasuyuki

Abstract

【概要】ブラックシリコンと呼ばれるナノ構造体上で、100nm以下のナノ粒子を安定的に捕まえ、平面的・直線的に並べることができ、しかも安価な新しい光ピンセット技術を開発しました。従来の光ピンセットは赤血球や細胞などを破壊することなく捕まえ、操る技術として知られており、生命科学の分野で大きく貢献しています。しかし一方で、ピンセットの力が弱すぎるため、細胞よりも小さなナノメートルサイズのDNAやタンパク質を捕まえることは極めて困難なうえ、貴金属を用いるためにコストがかかるといった問題点がありました。そこで、ブラックシリコンと呼ばれるシリコン単結晶上にナノメートルサイズの針を無数に配置したナノ構造体を利用し、従来法をしのぐ高い捕捉力を発揮する光ピンセット技術を開発しました。開発した手法を用いることで、ナノ粒子を従来法の光ピンセットの十分の一以下の弱い光ビームで、安定に捕捉することに成功しました。さらに、このナノ構造体上で高分子ナノ粒子を捕まえると、ナノ粒子が平面的または直線的に並べられ、結晶化などを人為的に操作できる可能性があります。本研究成果により、ナノ空間で生体分子を自在に操り並べる次世代の技術が期待されます。

Nowadays, optical tweezers have undergone explosive developments in accordance with a great progress of lasers. In the last decade, a breakthrough brought optical tweezers into the nano-world, overcoming the diffraction limit. This is called plasmonic optical tweezers (POT). POT are powerful tools used to manipulate nanomaterials. However, POT has several practical issues that need to be overcome. First, it is rather difficult to fabricate plasmonic nanogap structures regularly and rapidly at low cost. Second, in many cases, POT suffers from thermal effects (Marangoni convection and thermophoresis). Here, we propose an alternative approach using a nano-structured material that can enhance the optical force and be applied to optical tweezers. This material is metal-free black silicon (MFBS), the plasma etched nano-textured Si. We demonstrate that MFBS-based optical tweezers can efficiently manipulate small particles by trapping and binding. The advantages of MFBS-based optical tweezers are: (1) simple fabrication with high uniformity over wafer-sized areas, (2) free from thermal effects detrimental for trapping, (3) switchable trapping between one and two - dimensions, (4) tight trapping because of no detrimental thermal forces. This is the NON-PLASMONIC optical tweezers.

Journal

• SCIENTIFIC REPORTS

  SCIENTIFIC REPORTS 7 12298-, 2017-09-26

  Nature

Keywords

• 光ピンセット
• ブラックシリコン

Details

• CRID: 1050282677429047168
• NII Article ID: 120006349707
• ISSN: 20452322
• DOI: 10.1038/s41598-017-12470-9
• Web Site: https://dlisv03.media.osaka-cu.ac.jp/il/meta_pub/G0000438repository_111F0000014-07-12298
• Web Site: https://www.nature.com/articles/s41598-017-12470-9.pdf
• Web Site: https://www.nature.com/articles/s41598-017-12470-9
• Text Lang: en
• Article Type: journal article
• Data Source:
  • IRDB
  • Crossref
  • CiNii Articles
  • KAKEN