FR2924855A1

FR2924855A1 - Particle positioning method for e.g. nanotechnology field, involves carrying out relative displacement of optical tweezer and optical near-field effect trap to bring particle, trapped in optical tweezer, in optical near-field effect trap

Info

Publication number: FR2924855A1
Application number: FR0853412A
Authority: FR
Inventors: Delphine Neel; Stephane Getin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-06-12

Abstract

The method involves trapping a particle (P) by using an optical tweezer, and forming an optical near-field effect trap at the level of a target zone located on a substrate (S). A relative displacement of the optical tweezer and the optical near-field effect trap is carried out to bring the particle, trapped in the optical tweezer, in the optical near-field effect trap. The trapping of the particle by the optical tweezer is carried out by sequential displacement of the optical tweezer in a volume of a container (C). An independent claim is also included for a device for positioning a particle in a target zone located on a substrate.

Description

PROCEDE DE POSITIONNEMENT DE PARTICULE DANS UNE ZONE CIBLE ET DISPOSITIF ASSOCIE DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur La présente invention concerne un procédé de positionnement de particule dans une zone cible située sur un substrat ainsi qu'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention. The present invention relates to a method for positioning a particle in a target zone located on a substrate and to a device implementing the method of the invention. .

L'invention trouve des applications dans le domaine des nanotechnologies (manipulation et assemblage de micro et nanoparticules diélectriques, semi-conductrices et métalliques, nanofils ou nanotubes) ainsi que dans le domaine de la biologie (manipulation de macromolécules telles que protéines, ADN) ou de la chimie organique (macromolécules, polymères ou organométalliques). Il est connu de positionner une particule à l'aide d'une pince optique. Une pince optique est un faisceau laser fortement focalisé à l'aide d'un objectif de microscope dont l'ouverture numérique est supérieure à 1. La pince optique est utilisée, tout d'abord, pour piéger la particule, puis, pour déplacer la particule ainsi piégée. The invention has applications in the field of nanotechnologies (manipulation and assembly of micro and nanoparticles, dielectric, semiconductors and metals, nanowires or nanotubes) as well as in the field of biology (manipulation of macromolecules such as proteins, DNA) or organic chemistry (macromolecules, polymers or organometallics). It is known to position a particle using an optical clamp. An optical clamp is a highly focused laser beam using a microscope objective with a numerical aperture greater than 1. The optical clip is used, first, to trap the particle, then, to move the particle thus trapped.

Les figures 1A et 1B illustrent le piégeage d'une particule P à l'aide d'une pince optique. La particule P est placée dans un liquide L et un faisceau laser F est formé dans ce liquide. Le faisceau laser F possède une zone centrale de plus faible diamètre W, communément appelée waist . Si la particule P a un indice de réfraction supérieur à celui du milieu liquide L qui l'environne et si elle se trouve placée au voisinage du faisceau, elle entre, sous l'effet de forces communément appelées forces de gradient , dans le champ du faisceau F (cf. figure 1A). De fait, ces forces attirent la particule P vers le maximum d'intensité du faisceau, c'est-à-dire au niveau du waist. La particule s'immobilise alors au centre du waist (cf. figure 1B). Les diamètres des particules piégées vont de la dizaine de microns à une dizaine de nanomètres. Les particules peuvent être de natures diverses : diélectrique, métallique, semi-conductrice, biologique, polymérique. Un inconvénient majeur du procédé de piégeage décrit ci-dessus est que le volume de piégeage de la pince est limité par la diffraction au niveau de l'objectif. Le volume de piégeage dépend en effet de la taille du waist du faisceau, laquelle est liée à la longueur d'onde utilisée, à l'ouverture numérique de l'objectif ainsi qu'à l'indice du milieu dans lequel baigne l'objectif. La précision de positionnement qui résulte de l'utilisation d'une pince optique est de plusieurs centaines de nanomètres, voire du micron, ce qui n'est pas une bonne précision. Pour améliorer la localisation d'une particule, il est connu d'utiliser des pièges optiques qui reposent sur des effets de champ proche optique. Les pièges optiques à effet de champ proche optique présentent un fort confinement spatial du champ électromagnétique et permettent ainsi une localisation plus précise de l'objet. La précision de positionnement est de l'ordre de la dizaine de nanomètres. FIGS. 1A and 1B illustrate the trapping of a particle P with the aid of an optical clamp. The particle P is placed in a liquid L and a laser beam F is formed in this liquid. The laser beam F has a central zone of smaller diameter W, commonly called waist. If the particle P has a refractive index greater than that of the liquid medium L which surrounds it and if it is placed in the vicinity of the beam, it enters, under the effect of forces commonly called gradient forces, into the field of the beam F (see Figure 1A). In fact, these forces attract the particle P towards the maximum intensity of the beam, that is to say at waist level. The particle then stops in the center of the waist (see Figure 1B). The diameters of the trapped particles range from ten microns to ten nanometers. The particles may be of various kinds: dielectric, metallic, semiconductive, biological, polymeric. A major disadvantage of the trapping method described above is that the trapping volume of the clamp is limited by diffraction at the objective. The trapping volume depends on the size of the waist of the beam, which is related to the wavelength used, the numerical aperture of the objective and the middle index in which the lens is immersed. . The positioning accuracy that results from using an optical clamp is several hundred nanometers, even micron, which is not a good accuracy. To improve the localization of a particle, it is known to use optical traps based on optical near-field effects. Optical traps with near-field optical effects have a strong spatial confinement of the electromagnetic field and thus allow a more precise location of the object. The positioning accuracy is of the order of ten nanometers.

Un premier exemple de piège optique à effet de champ proche optique est donné en figure 2. Un masque métallique M muni de nano-ouvertures 0 est déposé sur une structure T. La structure T est transparente à la longueur d'onde du faisceau laser F qui doit piéger les particules. Le faisceau laser F se propage dans la structure T selon une direction sensiblement perpendiculaire à la surface plane sur laquelle est déposée le masque M. Le faisceau laser F traverse alors l'ensemble des ouvertures 0 qui constituent ainsi autant de pièges pour les particules. Il est alors possible, par exemple, de piéger une particule de latex de 200nm de diamètre dans une nanoouverture de 500nm de diamètre. A first example of optical trap with near-field optical effect is given in FIG. 2. A metal mask M provided with nano-openings 0 is deposited on a structure T. The structure T is transparent at the wavelength of the laser beam F who has to trap the particles. The laser beam F propagates in the structure T in a direction substantially perpendicular to the flat surface on which the mask M is deposited. The laser beam F then passes through all the openings 0 which thus constitute so many traps for the particles. It is then possible, for example, to trap a latex particle of 200 nm in diameter in a nanooperture of 500 nm in diameter.

Il est également connu de l'art antérieur d'utiliser la technologie SNOM pour réaliser un piège optique à effet de champ proche (SNOM pour Scanning Near-field Optical Microscope , à savoir la technologie qui utilise les microscopes optiques en champ proche). Le piège optique est alors réalisé, par exemple, à l'aide d'une pointe en or placée dans un faisceau laser. C'est la surintensité du champ électromagnétique qui apparaît à l'extrémité de la pointe qui piège la particule. Une pointe en or de rayon d'apex 5nm est alors apte à piéger une particule de latex de 10nm de diamètre. La figure 3 représente un schéma de principe d'une telle pointe Pt placée dans un faisceau laser et la distribution de l'intensité du champ électromagnétique autour de la pointe. Les niveaux d'intensité sont croissants au fur et à mesure que l'on se rapproche de la pointe. It is also known from the prior art to use SNOM technology to make a Near Field Effect (SNOM) optical trap, namely the technology that uses near-field optical microscopes. The optical trap is then made, for example, using a gold tip placed in a laser beam. It is the overcurrent of the electromagnetic field that appears at the end of the tip that traps the particle. A gold tip of apex radius 5 nm is then able to trap a latex particle of 10 nm in diameter. FIG. 3 represents a schematic diagram of such a point Pt placed in a laser beam and the distribution of the intensity of the electromagnetic field around the tip. Intensity levels are increasing as you get closer to the tip.

Les figures 4A et 4B concernent un autre dispositif connu de piégeage optique à effet de champ proche optique. Cet autre dispositif connu comprend un réseau à cristaux photoniques Ph dans lequel est formée une cavité Q. Le réseau à cristaux photoniques Ph est fixé sur un substrat transparent T. Un faisceau laser F traverse le substrat T pour atteindre le réseau Ph. Pour une longueur d'onde donnée du faisceau F, il se crée une surintensité au niveau de la cavité Q. La figure 4B illustre la présence de cette surintensité. La figure 4B représente la puissance normalisée R radiée par le dispositif de la figure 4A, au niveau de la cavité Q. La courbe de la puissance normalisée R est tracée en fonction de la longueur d'onde normalisée A de propagation de l'onde dans le dispositif (A est une grandeur sans dimension exprimée en multiples de la période a du réseau à cristaux photoniques). Il apparaît, à une longueur d'onde donnée Ao, une surintensité de la puissance optique dans le réseau. FIGS. 4A and 4B relate to another known device for optical trapping with an optical near-field effect. This other known device comprises a photonic crystal array Ph in which a cavity Q is formed. The photonic crystal array Ph is fixed on a transparent substrate T. A laser beam F passes through the substrate T to reach the network Ph. For a length given wave of the beam F, it creates an overcurrent at the cavity Q. Figure 4B illustrates the presence of this overcurrent. FIG. 4B represents the normalized power R radiated by the device of FIG. 4A, at the level of the cavity Q. The curve of the normalized power R is plotted as a function of the normalized wavelength A of propagation of the wave in FIG. the device (A is a dimensionless quantity expressed in multiples of the period a of the photonic crystal array). It appears, at a given wavelength Ao, an overcurrent of the optical power in the network.

Cette surintensité est utilisée pour le piégeage des particules. Les dispositifs de piégeage optique à effet de champ proche optique présentés ci-dessus permettent d'améliorer la précision spatiale d'une particule piégée. Toutefois, dans le cas où la densité des particules est très faible dans le liquide, la probabilité est très faible qu'une particule à positionner se trouve d'elle-même dans le rayon d'action du piège à effet de champ proche optique. Il est alors très difficile de placer la particule dans le piège destiné à localiser celle-ci avec précision. Ceci représente un inconvénient. Le procédé de l'invention ne présente pas cet inconvénient. This overcurrent is used for particle trapping. The optical near-field optical trapping devices presented above make it possible to improve the spatial accuracy of a trapped particle. However, in the case where the density of the particles is very low in the liquid, the probability is very low that a particle to be positioned is itself within the radius of action of the optical near-field effect trap. It is then very difficult to place the particle in the trap intended to locate it precisely. This represents a disadvantage. The method of the invention does not have this disadvantage.

Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de positionnement d'au moins une particule dans une zone cible située sur un substrat, la particule étant placée dans un liquide qui emplit une cuve, le substrat formant tout ou partie d'au moins une paroi de la cuve au contact du liquide, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes . - piégeage de la particule à l'aide d'une pince optique, - formation d'un piège optique à effet de champ proche optique au niveau de la zone cible, et - déplacement relatif de la pince optique et du piège optique à effet de champ proche optique, afin d'amener la particule piégée dans la pince optique dans le piège optique à effet de champ proche optique. The invention relates to a method of positioning at least one particle in a target zone located on a substrate, the particle being placed in a liquid which fills a tank, the substrate forming all or part of a at least one wall of the vessel in contact with the liquid, characterized in that it comprises the following steps. trapping of the particle with the aid of an optical clamp; formation of an optical near-field optical trap at the target area; and relative displacement of the optical clip and the optical trap. optical near field, in order to bring the trapped particle into the optical clamp into the optical near-field optical trap.

L'invention concerne également un dispositif de positionnement d'au moins une particule dans une zone cible située sur un substrat, la particule étant placée dans un liquide qui emplit une cuve, le substrat formant tout ou partie d'au moins une paroi de la cuve au contact du liquide, caractérisé en ce que le substrat est constitué par un dispositif apte à créer, dans au moins une zone du substrat, un piège optique à effet de champ proche optique et en ce qu'il comprend des premiers moyens aptes à créer au moins une pince optique pour le piégeage de particules présentes dans le liquide et des seconds moyens aptes à effectuer un déplacement relatif de la pince optique et du substrat de façon qu'une particule piégée dans une pince optique soit amenée dans une zone du substrat où est créé un piège optique à effet de champ proche optique. Selon l'invention, tout ou partie d'au moins une paroi de la cuve est formé par un dispositif apte à créer au moins un piège optique à effet de champ proche optique. Par paroi de la cuve , il faut entendre tout élément de la cuve au contact du liquide et qui délimite l'intérieur de l'extérieur de la cuve, à savoir le fond de la cuve, ou une paroi latérale de la cuve ou encore le couvercle de la cuve. Le procédé et le dispositif de l'invention permettent avantageusement de positionner, sans difficultés particulières, une particule en un endroit précis d'un substrat. The invention also relates to a device for positioning at least one particle in a target zone located on a substrate, the particle being placed in a liquid that fills a tank, the substrate forming all or part of at least one wall of the tank in contact with the liquid, characterized in that the substrate is constituted by a device able to create, in at least one zone of the substrate, an optical trap with an optical near-field effect and in that it comprises first means capable of creating at least one optical clip for trapping particles present in the liquid and second means for effecting relative movement of the optical clip and the substrate so that a particle trapped in an optical clip is brought into an area of the substrate where an optical trap with near optical field effect is created. According to the invention, all or part of at least one wall of the tank is formed by a device capable of creating at least one optical trap near optical field effect. By wall of the tank, is meant any element of the tank in contact with the liquid and which defines the inside of the outside of the tank, namely the bottom of the tank, or a side wall of the tank or the bowl lid. The method and the device of the invention advantageously make it possible to position, without particular difficulties, a particle at a precise location of a substrate.

Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux figures jointes parmi lesquelles : - Les figures 1A et 1B illustrent le 25 principe de piégeage d'une particule à l'aide d'une pince optique selon l'art connu; - La figure 2 représente un premier exemple de piège optique à effet de champ proche optique selon l'art connu ; - La figure 3 représente un deuxième exemple de piège optique à effet de champ proche optique selon l'art connu ; - Les figures 4A et 4B illustrent un 5 troisième exemple de pince optique à effet de champ proche optique selon l'art connu ; - Les figures 5A-5C illustrent les principales étapes du procédé de positionnement de particule de l'invention ; 10 - La figure 6 représente un schéma de principe d'un premier exemple de dispositif de positionnement de particule selon l'invention ; - Les figures 7A et 7B illustrent un schéma de principe d'un deuxième exemple de dispositif 15 de positionnement de particule selon l'invention ; - La figure 8 représente un mode de réalisation particulier de dispositif de positionnement de particule de l'invention. Les figures 1-4B représentent des pièges 20 optiques de l'art antérieur décrits précédemment. Il est donc inutile d'y revenir. Les figures 5A-5C illustrent les principales étapes du procédé de positionnement de particule de l'invention. Des particules P sont en 25 solution dans un liquide L placé dans une cuve C. La cuve C est formée par un substrat S qui constitue le fond de la cuve, par des parois latérales g1, g2 et par une paroi transparente parallèle au substrat S, par exemple une lamelle couvre-objet Lm. Le substrat S 30 comprend un ou plusieurs pièges optiques à effet de champ proche optique tels que ceux décrits en référence aux figures 2-4B. La transparence de la lamelle couvre-objet Lm permet à un faisceau laser formant pince optique de pénétrer à l'intérieur de la cuve C. La pince optique est tout d'abord positionnée pour piéger une particule P. Une fois la particule P piégée dans le waist de la pince optique (cf. figure 5A), la particule P est déplacée vers un piège optique à effet de champ proche optique où il est souhaité que la particule soit localisée. Ce déplacement s'effectue jusqu'à temps que la particule P se trouve captée par le piège optique à effet de champ proche optique (cf. figure 5B). Le déplacement de la particule est un déplacement relatif de la particule et du piège optique à effet de champ proche optique. Le déplacement est ainsi réalisé soit en déplaçant le waist de la pince optique sans déplacer la cuve, soit en déplaçant la cuve sans déplacer le waist de la pince optique, soit en déplaçant à la fois le waist de la pince optique et la cuve. La fixation de la particule dans la zone cible peut s'effectuer de différentes manières : a) Le laser qui alimente la pince optique est arrêté et la particule reste piégée dans le piège à effet de champ proche optique qui possède ses propres moyens d'excitation ; b) Le laser qui alimente la pince optique et le laser qui crée le piège optique à effet de champ proche optique sont tous les deux arrêtés, et la particule reste fixée sur le substrat du fait d'un traitement de surface préalablement effectué sur le support, par exemple un traitement à la poly-L-lysine ; c) Le laser qui alimente la pince optique et le laser qui crée le piège optique à effet de champ proche optique sont tous les deux arrêtés, et la particule est fixée sur le substrat par hybridation (un demi-brin d'ADN est alors préalablement greffé sur la particule et des brins complémentaires de ce demi-brin sont fixés sur le substrat, la fixation de la particule s'effectuant alors par accrochage du demi-brin greffé sur la particule et d'un demi-brin greffé sur le support) ; d) Le laser qui alimente le piège optique à effet de champ proche optique est arrêté et c'est la pince optique qui est utilisée pour exciter le piège optique à effet de champ proche optique et, ainsi, maintenir la particule dans sa position. Plusieurs particules peuvent ainsi être fixées en un même endroit du substrat, en répétant plusieurs fois l'intervention décrite ci-dessus pour le déplacement et la fixation d'une particule. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, with reference to the appended figures among which: FIGS. 1A and 1B illustrate the principle of trapping a particle using an optical clamp according to the prior art; FIG. 2 represents a first example of an optical near-field optical trap according to the known art; FIG. 3 represents a second example of a optical near-field optical trap according to the known art; FIGS. 4A and 4B illustrate a third example of a near optical optical field effect clamp according to the known art; FIGS. 5A-5C illustrate the main steps of the particle positioning method of the invention; FIG. 6 represents a block diagram of a first example of a particle positioning device according to the invention; FIGS. 7A and 7B illustrate a block diagram of a second example of a particle positioning device 15 according to the invention; - Figure 8 shows a particular embodiment of particle positioning device of the invention. Figures 1-4B show prior art optical traps described previously. It is therefore useless to return to it. Figures 5A-5C illustrate the main steps of the particle positioning method of the invention. P particles are in solution in a liquid L placed in a tank C. The tank C is formed by a substrate S which constitutes the bottom of the tank, by side walls g1, g2 and by a transparent wall parallel to the substrate S eg a coverslip Lm. The substrate S 30 comprises one or more optical near-field optical traps such as those described with reference to FIGS. 2-4B. The transparency of the coverslip Lm allows a laser beam forming an optical clamp to penetrate inside the tank C. The optical clamp is first positioned to trap a particle P. Once the particle P trapped in the waist of the optical clip (see Figure 5A), the particle P is moved to an optical near optical field optical trap where it is desired that the particle is located. This displacement takes place until the particle P is captured by the optical trap near optical field effect (see Figure 5B). The displacement of the particle is a relative displacement of the particle and optical trap near optical field effect. The displacement is thus achieved either by moving the waist of the optical clamp without moving the tank, or by moving the tank without moving the waist of the optical clamp, or by moving both the waist of the optical clamp and the tank. The fixation of the particle in the target zone can be carried out in different ways: a) The laser which supplies the optical clamp is stopped and the particle remains trapped in the optical near-field effect trap which has its own excitation means ; b) The laser that feeds the optical clamp and the laser that creates the optical near-field optical trap are both stopped, and the particle remains fixed on the substrate due to a surface treatment previously carried out on the support for example a poly-L-lysine treatment; c) The laser that feeds the optical clamp and the laser that creates the optical near-field optical trap are both stopped, and the particle is fixed on the substrate by hybridization (half a strand of DNA is then preliminarily grafted on the particle and complementary strands of this half-strand are fixed on the substrate, the fixation of the particle then taking place by attachment of the half-strand grafted on the particle and a half-strand grafted on the support) ; d) The laser that feeds the optically near-field optical trap is stopped and the optical clamp is used to excite the optical near-field optical trap and thus maintain the particle in its position. Several particles can thus be fixed in one and the same place of the substrate, by repeating several times the procedure described above for the displacement and fixation of a particle.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, c'est le même laser qui alimente la pince optique et le piège optique à effet de champ proche optique. Le dispositif de l'invention comprend alors des moyens connus en soi qui permettent de mettre en oeuvre les quatre façons de fixer les particules a), b), c), d) mentionnées ci-dessus. La figure 6 représente un schéma de principe d'un premier exemple de dispositif de positionnement de particule selon l'invention. Selon ce premier exemple, les particules à positionner ont un itinéraire maîtrisé et sont introduites au coup par coup dans la cuve C. Outre la cuve C mentionnée précédemment, le dispositif de positionnement comprend un réservoir R relié à la cuve par un canal fluidique K. Le réservoir R contient les particules P. Un dispositif de mise en pression des particules, par exemple un pousse-seringue Ps, permet aux particules d'être introduites une par une dans la cuve C, via le canal fluidique K. Le waist du faisceau est positionné à l'endroit où le canal fluidique débouche dans la cuve permettant ainsi que soient piégée une particule dès son entrée dans la cuve C. Les figures 7A et 7B représentent un schéma de principe d'un deuxième exemple de dispositif de positionnement de particule de l'invention. Dans ce deuxième exemple, la position des particules dans la cuve n'est pas connue. Deux cas se présentent alors selon que les particules sont ou non visibles dans le liquide L. Dans le cas où les particules ne sont pas visibles, leur position est inconnue et il est nécessaire de les chercher de façon systématique. Le waist de la pince optique est alors déplacé séquentiellement dans le volume de la cuve C. Le balayage de la cuve est effectué, par exemple, plan par plan (des plans par exemple parallèles au substrat S) et, dans chaque plan, ligne par ligne. La figure 7B illustre un balayage ligne par ligne dans un plan parallèle au support S. In a particular embodiment of the invention, it is the same laser that supplies the optical clamp and the optical near-field optical trap. The device of the invention then comprises means known per se that make it possible to implement the four ways of fixing the particles a), b), c), d) mentioned above. FIG. 6 represents a block diagram of a first example of a particle positioning device according to the invention. According to this first example, the particles to be positioned have a controlled route and are introduced piecemeal into the tank C. In addition to the tank C mentioned above, the positioning device comprises a tank R connected to the tank by a fluid channel K. The reservoir R contains the particles P. A device for pressurizing the particles, for example a syringe pump Ps, allows the particles to be introduced one by one into the tank C, via the fluid channel K. The waist of the beam is positioned at the point where the fluidic channel opens into the tank thus allowing a particle to be trapped as soon as it enters the tank C. FIGS. 7A and 7B show a block diagram of a second example of a particle positioning device of the invention. In this second example, the position of the particles in the tank is not known. Two cases then arise depending on whether or not the particles are visible in the liquid L. In the case where the particles are not visible, their position is unknown and it is necessary to search them systematically. The waist of the optical clip is then moved sequentially in the volume of the tank C. The scanning of the tank is carried out, for example, plane by plane (planes for example parallel to the substrate S) and, in each plane, line by line. Figure 7B illustrates line-by-line scanning in a plane parallel to the support S.

Afin d'accélérer le balayage de la cuve, l'invention prévoit, dans un mode de réalisation particulier, l'utilisation d'une ou de plusieurs pinces optiques multi-faisceaux. Une pince optique multi- faisceaux est créée en intercalant, par exemple, un composant holographique ou encore un ou plusieurs modulateurs spatiaux de lumière sur le trajet d'un faisceau laser. Les pinces optiques multi-faisceaux sont des dispositifs connus en soi qu'il n'est en conséquence pas nécessaire de décrire dans l'exposé de la présente invention. Dans le cadre de l'invention, plusieurs pinces optiques peuvent être utilisées simultanément afin de concentrer plusieurs particules sur le même piège optique à effet de champ proche optique. Il est également possible d'aligner plusieurs pinces optiques multi- faisceaux qui convergent vers un même point et de déplacer les pinces optiques multi-faisceaux ainsi alignées de manière à concentrer les particules vers ce même point. Dans le cas où les particules sont visibles, la ou les pinces optiques peuvent être dirigées à vue sur les particules. Les particules sont visibles dans plusieurs cas : a) Les particules sont fluorescentes, b) Les particules sont marquées par un fluorophore, c) Les particules diffusent suffisamment de lumière pour pouvoir être détectées. In order to accelerate the scanning of the tank, the invention provides, in a particular embodiment, the use of one or more multi-beam optical clamps. A multi-beam optical clip is created by interposing, for example, a holographic component or one or more spatial light modulators in the path of a laser beam. The multi-beam optical clamps are devices known per se that it is therefore not necessary to describe in the disclosure of the present invention. In the context of the invention, several optical clamps can be used simultaneously to concentrate several particles on the same optical trap near optical field effect. It is also possible to align several multi-beam optical clamps that converge to the same point and to move the multi-beam optical clips thus aligned so as to concentrate the particles towards this same point. In the case where the particles are visible, the optical clip (s) can be directed to the particles. The particles are visible in several cases: a) The particles are fluorescent, b) The particles are marked by a fluorophore, c) The particles diffuse sufficient light to be detected.

Dans le cas d'un milieu dilué où la position des particules est à priori inconnue, la cuve est déplacée jusqu'à ce qu'au moins une particule soit détectée par une caméra, par exemple un détecteur CCD. Dès lors que cette particule est détectée, un déplacement relatif de la pince optique et de la cuve est effectué afin de piéger la particule dans la pince optique. Une fois la particule piégée, celle-ci est déplacée jusqu'au piège optique à effet de champ proche optique situé au fond de la cuve fluidique. La pince optique est réalisée, par exemple, à partir d'une source laser qui émet un faisceau laser de longueur d'onde égale à 1064 nm et de puissance égale à 50 mW. La lumière issue de la source laser est injectée dans un microscope, comportant un objectif à immersion à forte ouverture numérique, par exemple une ouverture numérique égale à 1,3. Cet objectif est utilisé à la fois pour la réalisation de la pince optique et pour l'observation de l'échantillon. Une caméra CCD est placée derrière l'objectif du microscope pour la visualisation de l'échantillon. Le microscope est équipé d'un dispositif permettant la détection de particule en fluorescence avec, notamment, la présence de filtres adaptés à la détection des fluorophores étudiés. Les nano-objets sont des particules de latex de diamètre 100 nm incorporées de fluorophores comme il en existe dans le commerce. Ces particules sont en suspension dans de l'eau distillée. Les billes sont disposées dans une cuve fluidique recouverte d'une lamelle de microscope. La cuve possède un système de jointure imperméable au gaz, permet une résistance à des températures élevée et prévient la perte de réactif due à l'évaporation. In the case of a diluted medium where the position of the particles is a priori unknown, the tank is moved until at least one particle is detected by a camera, for example a CCD detector. Once this particle is detected, a relative displacement of the optical clamp and the vessel is performed in order to trap the particle in the optical clamp. Once the particle is trapped, it is moved to the optical near-field optical trap located at the bottom of the fluidic tank. The optical clip is made, for example, from a laser source which emits a laser beam of wavelength equal to 1064 nm and power equal to 50 mW. The light from the laser source is injected into a microscope, comprising a high-aperture digital immersion objective, for example a numerical aperture equal to 1.3. This objective is used both for the realization of the optical clamp and for the observation of the sample. A CCD camera is placed behind the objective of the microscope for viewing the sample. The microscope is equipped with a device for the detection of fluorescence particle with, in particular, the presence of filters adapted to the detection of fluorophores studied. Nano-objects are 100 nm diameter latex particles incorporated with fluorophores as are commercially available. These particles are suspended in distilled water. The beads are arranged in a fluidic tank covered with a microscope slide. The vessel has a gas-impermeable seal system, provides high temperature resistance and prevents reagent loss due to evaporation.

Le (les) piège(s) à effet de champ proche optique est (sont) réalisé(s), par exemple, par l'un quelconque des dispositifs représentés sur les figures 2-4A. Il peut donc s'agir, par exemple d'une cavité à cristaux photoniques comme représentée en figure 4A. Le substrat S est alors constitué d'un réseau hexagonal de trous percé dans une couche de silicium collée sur une couche de silice, le tout étant fixé sur un support de silicium. Seule la couche de silicium est gravée. La cavité est constituée d'un trou manquant dans la périodicité du réseau. Les paramètres géométriques du cristal photonique (période du réseau, diamètre des trous, épaisseur de la couche) sont choisis de façon à ce que la cavité soit résonante à 1064 nm. Les cristaux photoniques sont fabriqués, par exemple, par lithographie électronique, puis par gravure ionique réactive (RIE). La surface en silicium est traitée à la poly-L-lysine pour permettre l'adhésion des particules de latex sur sa surface. Le traitement à la Poly-L- lysine permet à la particule de rester fixée à la surface même lorsque le faisceau laser est coupé. La figure 8 représente un mode de réalisation particulier de dispositif de positionnement de particule de l'invention. Le substrat qui constitue le dispositif de formation de piège optique à effet de champ proche optique est ici le couvercle de la cuve. Le substrat comprend un réseau à cristaux photoniques Ph fixé sur une couche de silice 2, laquelle est elle-même fixée sur un substrat de silicium 1. Le réseau à cristaux photoniques Ph est constitué, par exemple, d'un réseau hexagonal de trous formés dans du silicium et comprend une cavité Q (absence de trou) sur laquelle se forme la surintensité du champ électromagnétique (champ évanescent Ev) lors de l'excitation par faisceau Fe et qui constitue un piège optique à effet de champ proche optique. Une couche de poly-L-lysine 5 recouvre la cavité Q. Une caméra CCD 3 permet de visualiser la cuve. La caméra CCD 3 permet en particulier de visualiser la particule piégée. Une source laser Lz émet un faisceau laser Fe vers une lame dichroïque 4. A titre d'exemple non limitatif, la lame dichroïque 4 réfléchit les ondes de longueurs d'onde supérieures à 900 nm et transmet les ondes de longueurs d'onde inférieures à 900 nm. La lame dichroïque 4 réfléchit le faisceau laser F et dirige le faisceau réfléchi vers un objectif 0 qui focalise le faisceau dans le liquide L. Le faisceau laser focalisé dans le liquide L constitue une pince optique apte à piéger les particules P. Une particule P piégée dans la pince optique est dirigée vers la cavité Q. La particule P est préférentiellement placée au centre de la cavité Q. La couche de poly-L-Lysine 5 permet à la particule de rester fixée à la surface, même lorsque le faisceau laser Fe est coupé. Pour des raisons de commodité, dans la description ci-dessus, le terme particule est utilisé pour désigner, de façon générale, un objet ou un nano-objet ou une particule susceptible d'être positionné. Le terme nano-objet ne doit bien sûr pas s'entendre comme un objet dont les dimensions sont exclusivement de l'ordre de quelques nanomètres. Le tableau ci-dessous résume, à titre d'exemples non 15 The optical near field effect trap (s) is (are) realized, for example, by any of the devices shown in Figs. 2-4A. It may therefore be, for example, a photonic crystal cavity as shown in FIG. 4A. The substrate S then consists of a hexagonal network of holes drilled in a silicon layer bonded to a silica layer, the whole being fixed on a silicon support. Only the silicon layer is etched. The cavity consists of a hole missing in the periodicity of the network. The geometrical parameters of the photonic crystal (period of the grating, diameter of the holes, thickness of the layer) are chosen so that the cavity is resonant at 1064 nm. Photonic crystals are made, for example, by electron lithography, then by reactive ion etching (RIE). The silicon surface is treated with poly-L-lysine to allow adhesion of the latex particles on its surface. Poly-L-lysine treatment allows the particle to remain attached to the surface even when the laser beam is cut. Fig. 8 shows a particular embodiment of particle positioning device of the invention. The substrate constituting the optically close optical field effect trap device is here the tank lid. The substrate comprises a photonic crystal network Ph fixed on a silica layer 2, which is itself fixed on a silicon substrate 1. The photonic crystal array Ph is constituted, for example, by a hexagonal network of holes formed in silicon and comprises a cavity Q (no hole) on which forms the overcurrent of the electromagnetic field (evanescent field Ev) during excitation by Fe beam and which constitutes an optical trap near optical field effect. A layer of poly-L-lysine 5 covers the cavity Q. A CCD camera 3 makes it possible to visualize the tank. The CCD camera 3 makes it possible in particular to display the trapped particle. A laser source Lz emits a laser beam Fe towards a dichroic plate 4. By way of non-limiting example, the dichroic plate 4 reflects waves with wavelengths greater than 900 nm and transmits waves of wavelengths less than 900 nm. The dichroic plate 4 reflects the laser beam F and directs the reflected beam towards an objective 0 which focuses the beam in the liquid L. The focused laser beam in the liquid L constitutes an optical clip capable of trapping the particles P. A trapped particle P in the optical clamp is directed to the cavity Q. The particle P is preferably placed in the center of the cavity Q. The poly-L-Lysine layer 5 allows the particle to remain fixed to the surface, even when the laser beam Fe is cut. For the sake of convenience, in the above description, the term particle is used to refer generally to an object or nano-object or a particle capable of being positioned. The term nano-object must of course not be understood as an object whose dimensions are exclusively of the order of a few nanometers. The table below summarizes, as examples not 15

limitatifs, les nano-objets ou particules susceptibles d'être déplacés par un système de dispense de l'invention. Objet Dimensions (matériau) Billes diélectriques 5nm à 5pm de diamètre (SiO2, Ta2O5, ZnO, Latex, TiO2, Al2O3) Billes ou ellipsoïdes métalliques 5nm à 5pm de diamètre ou (Or, Ag, Cu, Al) de grand axe 1 à 100nm de diamètre de Systèmes à nanobille métallique et bille et 20 à 500nm coquille diélectrique d'épaisseur de coquille diélectrique Nanocristaux semi-conducteurs 5 à 100nm de nanocristal (ZnS/CdSe, InSb, Ge) avec coquille diélectrique de 0 à 20nm Nanofils diélectriques ou semi- 5nm à 500nm de diamètre conducteurs de fil et 100nm à 10pm (Si, ZnO, GaN, SiO2) de longueur Macromolécules (ADN, ARN, protéines) 5 nm à 5pm de longueur de la chaîne moléculaire Cellules (levures, globules rouges, 500 nm à 10 } gym de lymphocytes...) diamètre5 nano-objects or particles that can be displaced by a dispensing system of the invention. Object Dimensions (material) Dielectric balls 5nm to 5pm in diameter (SiO2, Ta2O5, ZnO, Latex, TiO2, Al2O3) Balls or metallic ellipsoids 5nm to 5pm in diameter or (Gold, Ag, Cu, Al) of major axis 1 to 100nm Diameter of metal nanoballic systems and ball and 20 to 500nm dielectric shell thickness of dielectric shell Nanocrystals semiconductors 5 to 100nm nanocrystal (ZnS / CdSe, InSb, Ge) with dielectric shell from 0 to 20nm dielectric or semi-dielectric - 5nm to 500nm diameter wire conductors and 100nm to 10pm (Si, ZnO, GaN, SiO2) length Macromolecules (DNA, RNA, Proteins) 5nm to 5μm length of the molecular chain Cells (yeasts, red blood cells, 500 nm to 10} lymphocyte gym ...) diameter5

Claims

A method of positioning at least one particle (P) in a target area on a substrate, the particle (P) being placed in a liquid (L) which fills a tank (C), the substrate forming all or part at least one wall of the tank in contact with the liquid, characterized in that it comprises the following steps. trapping of the particle (P) with the aid of an optical clip, forming an optical near-field optical trap at the target area, and relative displacement of the optical clip and the optical trap. optical near-field effect, in order to bring the particle (P) trapped in the optical clamp into the optical near-field optical trap.

2. Positioning method according to claim 1, wherein the trapping of the particle by the optical clamp is performed by sequentially moving the optical clamp in the volume of the tank (C).

3. Positioning method according to claim 1, wherein, the particle being visible, the trapping of the particle by the optical clamp is performed by displacing, on sight, the optical clamp towards the particle.

4. Positioning method according to claim 1, wherein the particles are introduced into the tank one by one, via a fluid channel which enters the tank, the optical clamp being positioned at the point where the fluid channel opens into the tank at the moment a particle enters the tank.

5. A positioning method according to any one of claims 1 to 4, wherein, as soon as the particle is trapped in the optical near-field optical trap, the particle is maintained fixed on the substrate by the optical trap to near field optical effect.

Positioning method according to any one of claims 1 to 4, wherein, as soon as the particle is trapped in the optical near-field optical trap, means that excite the optical near-field optical trap. are disabled so that the optical near-field optical trap is removed and the particle is fixed at the substrate by the presence of a surface treatment previously performed on the substrate.

Positioning method according to any one of claims 1 to 4, in which, as soon as the particle is trapped in the optical optical near-field effect trap, means that excite the nearoptic field effect optical trap are deactivated so that the near optical field effect optical trap is removed and the particle is attached to the substrate by hybridization.

8. Positioning method according to any one of claims 1 to 4, wherein, as soon as the particle is trapped in the optical near-field optical trap, means that excite optical trap near optical field effect are disabled and the optical clip is used to excite the optical near-field optical trap to keep the particle trapped.

9. Positioning method according to any one of the preceding claims, wherein the optical clamp and optical trap near optical field effect are fed by the same laser source.

10. Positioning method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of optical clamps are used simultaneously to place several particles at the same optical trap near optical field effect.

11. Device for positioning at least one particle in a target zone located on a substrate, the particle being placed in a liquid (L) which fills a tank (C), the substrate forming all or part of at least one wall of the tank in contact with liquid, characterized in that the substrate comprises at least one device capable of creating, in at least one zone of the substrate, an optical trap with an optical near-field effect and in that it comprises first suitable means creating at least one optical clip for trapping particles present in the liquid and second means capable of effecting a relative displacement of the optical clip and the substrate so that a particle trapped in the optical clip is brought into an area of substrate where an optical trap with near-field optical effect is created.

12. Positioning device according to claim 11, wherein the vessel is connected to a fluid channel for introducing the particles into the vessel.

13. Positioning device according to one of claims 11 or 12, wherein the substrate is covered, in whole or in part, a surface treatment capable of fixing a particle on the substrate.

14. Positioning device according to one of claims 11 or 12, wherein at least one half-strand of DNA is fixed on at least one of the substrate areas where is formed an optical trap near optical field effect.

15. Positioning device according to any one of claims 11 to 14, whereinthe first means are adapted to create at least one alignment of optical clamps.

16. Positioning device according to any one of claims 11 to 15, wherein means (3) are adapted to display a particle trapped in the optical clamp.

17. Positioning device according to any one of claims 11 to 16, wherein a same laser source feeds the optical clamp and the optical trap near field effect.

18. Positioning device according to any one of claims 11 to 17, wherein a plurality of optical grippers bring several particles in the same optical trap near optical field effect.