Plasmofluidic-Based Near-Field Optical Trapping of Dielectric Nano-Objects Using Gold Nanoislands Sensor Chips

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作者
Guangyu Qiu,Ying Du,Yujia Guo,Yingchao Meng,Zhibo Gai,Ming Zhang,Jing Wang,Andrew J. deMello
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (42): 47409-47419 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.2c12651
摘要

Near-field optical manipulation has been widely used for guiding and trapping nanoscale objects close to an optical-active interface. This near-field manipulation opens opportunities for next-generation biosensing with the capability of large-area trapping and in situ detection. In this article, we used the finite element method (FEM) to analyze the motion mechanism of nano-objects (50-500 nm) in the near-field optics, especially localized surface plasmon resonance (LSPR). The size-dependent optical forces and hydrodynamic forces of subwavelength nanoparticles (<500 nm) in different hydrodynamic velocity fields were calculated. When the strength of the local electric field was increased, LSPR with two-dimensional gold nanoislands (AuNIs) showed improved capability for manipulating nano-objects near the vicinity of the AuNI interface. Through the experiments of in situ interferometric testing 50-500 nm nano-objects with constant number concentration or volume fraction, it was confirmed that the local plasmonic near-field was able to trap the dielectric polystyrene beads smaller than 200 nm. The plasmofluidic system was further verified by testing biological nanovesicles such as exosomes (40-200 nm) and high- and low-density lipoproteins (10-200 nm). This concept of direct dielectric nano-objects manipulation enables large-scale parallel trapping and dynamic sensing of biological nanovesicles without the need of molecular binding tethers or labeling.
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