Optische Manipulation – Dielektrophoretische Partikelmanipulation

Ein alternativer Ansatz zur Manipulation von mehreren Mikro / Nano -Partikel bestehen aus dielektrophoretische Kräfte verwenden. Dielektrophorese beschreibt das Verhalten von Materie in stark inhomogenen elektrischen Felder. Im Gegensatz zur Elektrophorese, die die Anziehung von ungleichnamigen Ladungen beschreibt, wirken dielektrophoretische Kräfte auch auf ungeladene Partikel, je nach elektrischen Eigenschaften mehr oder weniger stark anziehend beziehungsweise abstoßend. Diesen Vorgang kann man recht anschaulich beschreiben (hier am Beispiel einer ungeladenen Kugel): Allgemein wird ein Dielektrikum in einem elektrischen Feld polarisiert, es wird also ein Dipol in der ansonsten ungeladenen Kugel induziert. Ist dieses Feld homogen, zum Beispiel in einem Plattenkondensator, so greifen auf jeder Seite des Dipols die gleichen Kräfte, nur in entgegengesetzte Richtung an, sie neutralisieren sich also (Figure (a)). Ist das Feld dagegen inhomogen, so greift auf der einen Seite des Dipols eine stärkere Kraft an als auf der anderen Seite. Der Dipol und damit auch die ungeladene Kugel wird beschleunigt, entweder angezogen falls die Permittivität der Materie größer ist als die des umgebenden Mediums oder abgestoßen im ungekehrten Fall (Figure (b)). Graphitpartikel auf einem Lithiumniobat-Kristall Anstatt wie herkömmlich metallische Elektroden zu benutzen, die in mehreren komplizierten Herstellungsschritten auf ein Trägersubstrat aufgedampft werden müssen, lassen sich die Elektroden, die für die Bereitstellung des inhomogenen Feldes nötig sind, auch virtuell erzeugen. Durch die internen Felder, die sich durch den photovoltaischen Effekt induzieren lassen, wurden Graphitpartikel in Luft dielektrophoretisch angeordnet (Figure (c)).

Two-dimensional dielectrophoretic particle trapping in a hybrid PDMS/crystal system, M. Esseling, F. Holtmann, M. Woerdemann, and C. Denz, Optics Express 18, 17404 - 17411 (2012)

Opto-electric particle manipulation on a bismuth silicon oxide crystal, M. Esseling, S. Glaesener, F. Volonteri, and C. Denz, Applied Physics Letters 100, 161903 (2012)

Multiplexing and switching of virtual electrodes in optoelectronic tweezers based on lithium niobate, S. Glaesener, M. Esseling, and C. Denz, Optics Letters 37, 3744 - 3746 (2012)

Highly reduced iron-doped lithium niobate for optoelectronic tweezers, M. Esseling, A. Zaltron, N. Argiolas, G. Nava, J. Imbrock, I. Cristiani, C. Sada, and C. Denz, Applied Physics B 113, 191 - 197 (2013)

Charge sensor and particle trap based on z-cut lithium niobate, M. Esseling, A. Zaltron, C. Sada, and C. Denz, Applied Physics Letters 103, 061115 (2013)