Questa è un'illustrazione schematica di una particella che ruota attorno a un risonatore a micro-anello di silicio, spinta da forze ottiche. Credito:per gentile concessione di Ken Crozier, Scuola di ingegneria e scienze applicate di Harvard.
Per intrappolare e trattenere minuscole microparticelle, gli ingegneri di Harvard hanno "messo un anello su di esso, " utilizzando un risonatore circolare a base di silicio per confinare le particelle in modo stabile fino a diversi minuti.
Il vantaggio, pubblicato nel numero del 14 giugno di Nano lettere , potrebbe un giorno portare alla capacità di dirigere, consegnare, e immagazzinare nanoparticelle e biomolecole su chip completamente ottici.
"Abbiamo dimostrato il potere di ciò che chiamiamo intrappolamento di cavità risonanti, dove una particella viene guidata lungo una piccola guida d'onda e poi tirata su un risonatore a micro-anello, " spiega Kenneth Crozier, un Professore Associato di Ingegneria Elettrica presso la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) che ha diretto la ricerca. "Una volta sul ring, forze ottiche ne impediscono la fuoriuscita, e fallo girare intorno ad esso."
Il processo è simile a quello che vedi nei giocattoli a movimento liquido, dove minuscole perline di gocce colorate corrono lungo binari di plastica, ma su scala molto più piccola e con meccanismi fisici diversi. Gli anelli hanno raggi di soli 5-10 micrometri e sono costruiti utilizzando litografia a fascio di elettroni e incisione con ioni reattivi.
Nello specifico, la luce laser è focalizzata in una guida d'onda. Le forze ottiche provocano l'attrazione di una particella verso la guida d'onda, e spinto lungo di esso. Quando la particella si avvicina ad un anello fabbricato vicino alla guida d'onda, è tirato dalla guida d'onda all'anello da forze ottiche. La particella quindi circola intorno all'anello, spinto da forze ottiche a velocità di diverse centinaia di micrometri al secondo.
Sebbene l'utilizzo di risonatori ad anello planare per intrappolare le particelle non sia una novità, Crozier ei suoi colleghi hanno offerto una nuova e più approfondita analisi della tecnica. In particolare, hanno dimostrato che l'uso dell'anello di silicio determina un miglioramento della forza ottica (da 5 a 8 volte rispetto alla guida d'onda diritta).
Questa è una micrografia elettronica a scansione (SEM) del risonatore a micro-anello di silicio (raggio:5 micron) accoppiato alla guida d'onda. Credito:per gentile concessione di Kenneth Crozier, Harvard School of Engineering and Applied Sciences
"Eccitante, misurazioni di tracciamento delle particelle con una telecamera ad alta velocità rivelano che le grandi forze trasversali localizzano stabilmente la particella in modo che la deviazione standard nella sua traiettoria, rispetto a un cerchio, è piccolo come 50 nm, " dice Crozier. "Questo rappresenta una localizzazione molto stretta su una distanza relativamente grande."
L'obiettivo finale è sviluppare e dimostrare una manipolazione completamente ottica su chip che offra un modo per guidare, negozio, e fornire particelle sia biologiche che artificiali.
