在等离子体激元和纳米光子学应用Nanopatch天线的合成胶体

该实验程序的总体目标是展示一种制造纳米贴片天线的技术，该技术可以实现定制的光-物质相互作用，例如强增强荧光。这种方法可以帮助回答纳米光子和等离子体社区中的关键问题，例如如何实现高荧光增强和其他相关子过程的控制。该技术的主要优点是它能够大规模制造纳米天线，其中关键特征尺寸可以在单个纳米尺度上控制。

演示该程序的是博士后助理 Thang Hoang 和我实验室的研究生 Jiani Huang。通过将清洁的圆底烧瓶浸入加热槽中，浸入液体中约 10 mm 深，开始合成程序。然后，使用微量移液器将 10 mL 乙二醇或 EG 放入圆底烧瓶中。

盖上培养瓶盖，等待 20 分钟。此步骤的目的是用 EG 清洁烧瓶。20 分钟后，取下瓶盖，然后将圆底培养瓶从加热槽中取出。取出整个夹具，因为 EG 溶液很热。

将 10 mL EG 倒入处理容器中，确保磁力搅拌棒不会脱落。将烧瓶放回加热槽中。使用微量移液器将 5 mL EG 加入培养瓶中并盖上盖子。

等待 5 分钟后，取下瓶盖，使用微量移液器将 60 μL 水合氢钠放入培养瓶中。重新盖上盖子并等待 2 分钟。两分钟后，取下瓶盖，使用微量移液器将 500 μL 盐酸溶液放入培养瓶中。

立即使用微量移液器将 1.25 mL PVP 溶液加入培养瓶中，然后重新盖上瓶盖并等待 2 分钟。取下盖子后，使用微量移液器将 400 微升三氟乙酸银溶液放入培养瓶中，然后重新盖上盖子。等待 2.5 小时。

在此步骤中会形成银纳米立方体。在此期间，将室内光线降至最低。2.5 小时后，关闭加热器，但保持搅拌打开，以免燃烧底部的液体。

使用夹具将培养瓶抬高到加热浴上方，然后取下盖子。然后，从加热浴中取出培养瓶，使其更快冷却。大约 20 分钟后，向培养瓶中加入 5 mL 丙酮。

涡旋以充分混合溶液。最后，溶液的总体积为 12 mL。使用微量移液器，将最终溶液转移到 8 个较小的 1.5 mL 塑料管中。

以 5， 150 Gs 的速度离心这 8 根试管 10 分钟。因此，所有的银纳米立方体都位于管的底部。使用微量移液器去除顶部上清液，在每个试管底部留下大约 100 微升。

然后，向每个试管中加入 1 mL 去离子水。涡旋并超声处理试管。纳米立方体现在主要悬浮在去离子水中。

再次重复离心 - 重悬步骤。首先，通过将金膜浸入 PAH 溶液中 5 分钟，沉积多等位胺盐酸盐或 PAH 层。这导致在金膜顶部形成厚度约为 1 纳米的 PAH 层。

五分钟后，使用干净的去离子水冲洗金膜。现在，金膜顶部有一个 PAH 层。接下来，将带有单个 PAH 层的金膜浸入氯化钠溶液中 1 分钟。

接下来，将带有单个 PAH 层的金膜浸入聚苯乙烯磺酸盐或 PSS 溶液中 5 分钟。这导致在 PAH 层顶部形成厚度约为 1 纳米的 PSS 层。继续此过程，在金膜上沉积总共五个聚电解质层。

将 100 微升 25 微摩尔花青素-5 溶液滴注到样品表面。然后将干净的盖玻片放在溶液滴的顶部。花青素 5 分子将均匀地掺入顶部聚电石层。

10 分钟后，用去离子水冲洗样品，并使用干净的氮气干燥。为了形成纳米贴片天线，使用去离子水将制备的纳米立方体溶液稀释 100 倍，以便能够对单个纳米贴片天线进行光学研究。使用微量移液器将一滴 20 微升稀释的纳米立方体溶液滴到干净的盖玻片上。

将样品与盖玻片接触 2 分钟。结果，银纳米立方体被固定在顶部末端 PAH 层上，因为这里合成的纳米立方体带负电，而顶部 PAH 层带正电。两分钟后，用去离子水冲洗样品，并使用干净的氮气干燥。

此处显示的是从该程序获得的银纳米立方体的代表性扫描电子显微镜图像。在这里，样品是使用未稀释的纳米立方体溶液制造的。而在这些图像中，样品被稀释了 10 倍和 100 倍。

在所有情况下，都观察到尺寸相对均匀的纳米立方体，其特征是尖锐的角落，曲率半径约为 10 纳米。这里显示的是带有嵌入式花青素-5 染料分子的最终纳米贴片天线的代表性光学表征。纳米贴片天线集合的反射测量显示 650 纳米处具有特征性的等离子体共振。

单个纳米天线的散射测量显示相同波长的谐振，但宽度较窄。样品的暗场图像显示具有均匀红色的衍射极限点，表明由于制造的纳米立方体具有良好的尺寸均匀性，大多数纳米贴片天线具有非常相似的谐振。最后，观察到包埋的花青素-5 染料分子的荧光增强。

一旦掌握，如果执行得当，这种制造技术可以在五个小时内完成。该技术开发后，为纳米光子学和等离子体学领域的研究人员铺平了道路，以探索非表面光电子器件（包括发光二极管、高效光反射器和量子信息科学）中的基本应用金属相互作用和潜在应用。观看此视频后，您应该对如何利用胶体合成的银纳米立方体制造纳米贴片天线以增强光与物质的相互作用有很好的了解。