Detta är en schematisk illustration av en partikel som kretsar runt en mikroringresonator av kisel, drivs av optiska krafter. Kredit:med tillstånd av Ken Crozier, Harvard School of Engineering and Applied Sciences.
För att fånga och hålla små mikropartiklar, ingenjörer vid Harvard har "satt en ring på det, " med hjälp av en kiselbaserad cirkulär resonator för att begränsa partiklar stabilt i upp till flera minuter.
Förskottet, publicerades i numret 14 juni av Nanobokstäver , kan en dag leda till förmågan att regissera, leverera, och lagra nanopartiklar och biomolekyler på helt optiska chips.
"Vi demonstrerade kraften i vad vi kallar resonant kavitetsfångning, där en partikel styrs längs en liten vågledare och sedan dras till en mikroringresonator, " förklarar Kenneth Crozier, en docent i elektroteknik vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) som ledde forskningen. "Väl på ringen, optiska krafter hindrar den från att fly, och få det att kretsa kring det."
Processen liknar det du ser i leksaker i flytande rörelse, där små pärlor av färgade droppar löper längs plastbanor – men i mycket mindre skala och med olika fysiska mekanismer. Ringarna har radier på bara 5 till 10 mikrometer och är byggda med elektronstrålelitografi och reaktiv jonetsning.
Specifikt, laserljus fokuseras till en vågledare. Optiska krafter gör att en partikel dras ner mot vågledaren, och tryckte längs den. När partikeln närmar sig en ring tillverkad nära vågledaren, den dras från vågledaren till ringen av optiska krafter. Partikeln cirkulerar sedan runt ringen, drivs av optiska krafter med hastigheter på flera hundra mikrometer per sekund.
Även om det inte är nytt att använda plana ringresonatorer för att fånga partiklar, Crozier och hans kollegor erbjöd en ny och mer grundlig analys av tekniken. Särskilt, de visade att användning av kiselringen resulterar i förbättring av optisk kraft (5 till 8 gånger jämfört med den raka vågledaren).
Detta är ett svepelektronmikrofotografi (SEM) av kiselmikroringsresonatorn (radie:5 mikron) kopplad till vågledaren. Kredit:med tillstånd av Kenneth Crozier, Harvard School of Engineering and Applied Sciences
"Spännande nog, partikelspårningsmätningar med en höghastighetskamera visar att de stora tvärkrafterna stabilt lokaliserar partikeln så att standardavvikelsen i dess bana, jämfört med en cirkel, är så liten som 50 nm, " säger Crozier. "Detta representerar en mycket snäv lokalisering över ett jämförelsevis stort avstånd."
Det slutliga målet är att utveckla och demonstrera helt optisk manipulation på chip som erbjuder ett sätt att vägleda, Lagra, och levererar både biologiska och konstgjorda partiklar.
