Name: Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Erfahren Sie die kolloidale Synthese von Silbernanowürfeln zur Herstellung plasmonischer Nanopatch-Antennen mit sub-10-nm-Spalten. Diese Methode ermöglicht die Verstärkung von Fluoreszenz und kontrollierte Licht-Materie-Wechselwirkungen für nanophotonische Anwendungen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Air Force Office of Scientific Research Young Investigator Research Program (AFOSR, Grant. Nein. FA9550-15-1-0301).

Achtung: Mehrere Chemikalien (wie konzentrierter Salpetersäure (15,698 M HNO 3) und Salzsäure (6 M HCl)) in diesen Verfahren verwendet werden , sind gefährlich. Die richtige Handschuhe, Augenschutz und andere Sicherheitseinrichtungen verwendet werden. Bitte beachten Sie die Materialien Sicherheitsdatenblätter (MSDS) für alle Chemikalien vor dem Gebrauch. 1. NanoCube Synthese <ol><li> Vorbereitung der Reagenzien Hinweis: Ethylenglykol (EG) müssen wasserfrei sein. Schließen Sie die Kappe des EG-Container, wenn sie nicht verwendet wird Wasseraufnahme zu verhindern. Silber-trifluoracetat (AgC 2 F 3 O 2) ist sehr empfindlich daher die AgC 2 F 3 O 2 -Lösung zu Licht wird in dem letzten Schritt hergestellt. <ol><li> Bereiten 1,3 mM Natriumhydrogensulfid-Hydrat (NaSH) Lösung, die durch Lösen von 1 mg NaSH in 13,5 ml EG. </li><li> Es werden 20 mg / ml Poly vinylpyrrolidon (PVP) Lösung von 0,1 g PVP in 5 ml EG aufzulösen. </li><li> Bereiten Sie 3 mM hydrochloric Lösung von 2,5 ul von 6,0 M Flüssigkeit HCl-Lösung mit 4,9975 ml EG mischen. </li><li> Bereiten AgC 2 F 3 O 2 -Lösung von 0,1 g AgC 2 F 3 O 2 in 0,8 ml EG aufzulösen. </li></ol></li><li> Geräte - Setup <ol><li> Reinigen Sie den Rundkolben (RBF) und seine Kappe mit konzentrierter (70%, 15,698 M) Salpetersäure HNO 3. Füllen Sie den RBF mit HNO 3 und setzen Sie den Deckel auf 30 min. Achten Sie darauf, die Kappe, die Säure berührt. </li><li> Nach HNO 3 Säure, reinigen Sie die RBF und Kappe wieder mit sauberem de-ionisiertes Wasser (DI). Verwenden Sie saubere Stickstoffgas danach die RBF und Kappe zu trocknen. Die RBF und seine Kappe muss sauber und trocken sein. </li><li> Reinigen Sie einen magnetischen Rührstab , indem sie in HNO 3 für 30 Minuten eingetaucht wird . Nach HNO 3, reinigen Sie es wieder mit DI - Wasser und trocknen Sie es mit sauberem Stickstoffgas. </li><li> Bereiten Sie ein Wärmebad. Platzieren einer Silikon Flüssigkeitsbad (gezeigt in 1A)auf einer Heizplatte unter Rühren mit einer gut kontrollierten Temperatur. Verwenden Sie ein externes Thermometer, um die Flüssigkeit Badetemperatur zu überwachen. Die Temperatur auf 150 ° C und die Rührgeschwindigkeit auf 260 Umdrehungen pro Minute. </li><li> Montieren Sie den RBF mit einer Klemme , wie in 1B gezeigt. Setzen Sie den magnetischen Rührstab (hergestellt in Schritt 1.2.3) in den RBF. </li></ol></li><li> Syntheseverfahren <ol><li> Tauchen Sie den RBF in das Wärmebad (ca. 10 mm tief in die Flüssigkeit; siehe 1A-1B). </li><li> Verwenden Sie einen Mikropipette 10 ml EG-Lösung in die RBF zu platzieren. Setzen Sie die Kappe auf dem RBF und 20 min warten. Der Zweck dieses Schrittes ist die RBF wieder zu reinigen, diesmal mit EG. </li><li> Nach 20 Minuten die Kappe entfernen und dann heben Sie den RBF aus dem Wärmebad, gießen Sie die 10 ml EG in einen Entsorgungsbehälter. Hinweis: Die EG - Lösung ist heiß (150 ° C) , und es wird empfohlen, die gesamte Klammer aus (Abbildung 1B) zu nehmen. Stellen Sie sicher, than der magnetischen Rührstab (siehe Schritt 1.2.5) fallen nicht. </li><li> Setzen Sie den RBF zurück in das Wärmebad (siehe Schritt 1.3.1). </li><li> Verwenden Sie einen Mikropipette 5 ml EG in die RBF zu platzieren und den Deckel aufsetzen. </li><li> Warten Sie 5 Minuten. </li><li> Nehmen Sie die Kappe des RBF aus, verwenden Sie eine Mikropipette 60 ul NaSH zu platzieren in den RBF (wie in Schritt 1.1.1 oben hergestellt). Setzen Sie die Kappe wieder auf. </li><li> Warten Sie, 2 min. </li><li> Nehmen Sie die Kappe des RBR aus, verwenden Sie eine Mikropipette 500 ul der HCl-Lösung zu setzen in den RBF (wie in Schritt 1.1.3 oben hergestellt). </li><li> Unmittelbar nach dem vorherigen Schritt, verwenden Sie eine Mikropipette 1,25 ml der PVP-Lösung zu setzen in den RBF (wie in Schritt 1.1.2 oben hergestellt). Setzen Sie die Kappe wieder auf. </li><li> Warten Sie, 2 min. </li><li> Nehmen Sie die Kappe des RBF aus, verwenden Sie eine Mikropipette 400 ul der AgC 2 F 3 O 2 -Lösung zu platzieren in den RBF (wie in Schritt 1.1.4 oben hergestellt). Setzen Sie die Kappe wieder auf. </li><li> Warten Sie 2.5 Stunden. Ag-Nanowürfel in diesem Schritt bilden. Wenn möglich, während dieser Zeit auf ein Minimum reduziert das Raumlicht. </li><li> Nach 2,5 Stunden, schalten Sie die Heizung aus, aber das Rühren verlassen auf die Flüssigkeit Verbrennung auf dem Boden zu vermeiden. Benutzen Sie die Klemme (siehe Abbildung 1B) , um die RBF über dem Wärmebad zu erhöhen. Entfernen Sie die Kappe. </li><li> Entfernen Sie die RBF aus dem Wärmebad, so dass sie schneller abkühlen wird. Nach ca. 20 min, 5 ml Aceton in den RBF. Vortex es um die Lösungen gut zu mischen. Am Ende ist das Gesamtvolumen der Lösung 12 ml. Siehe Abbildung 2A. </li><li> Verwenden Sie einen Mikropipette und übertragen Sie die endgültige Lösung zu acht kleineren 1,5-ml-Plastikröhrchen. </li><li> Zentrifugieren diese acht Rohren mit einer Geschwindigkeit von 5150 x g für 10 min. Als Ergebnis werden alle Ag-Nanowürfel an der Unterseite der Rohre wird. Verwenden einer Mikro den oberen Überstand zu entfernen, so dass ~ 100 &amp; mgr; l am Ende jedes Rohrs. </li><li> Füllen 1 ml DI-Wasser in jede dieserRohre (aus Schritt 1.3.17) erhalten haben. Vortex und beschallen (5 min) die Rohre. Nanowürfel sind jetzt in erster Linie VE-Wasser suspendiert. </li><li> Zentrifuge wieder die acht Röhrchen 5 min in Schritt 1.3.18 bei 5150 · g hergestellt. Alle Ag-Nanowürfel an der Unterseite der Rohre wird. Verwenden einer Mikro den oberen Überstand zu entfernen, so dass etwa 100 &amp; mgr; l am Ende jedes Rohrs. </li><li> Füllen 1 ml DI-Wasser in jedes der Rohre aus Schritt 1.3.19 erhalten. Vortex und beschallen die Rohre. Nanowürfel sind jetzt in VE-Wasser suspendiert. Die endgültige Lösung Nanowürfels aus dieser Synthese erhalten wird , die in 2B als Beispiel gezeigt. </li></ol></li></ol> 2. Gold Filmverdampfung Hinweis: Ein Elektronenstrahlverdampfer verwendet wurde , Gold (Au) -Filme auf gekauft Reinraum- Folien gereinigt, mit Chrom (Cr) , die als eine Haftschicht abzuscheiden. Der Verdampfungsprozess erfolgt in einer Vakuumkammer, die Moleküle ermöglichen, frei zu verdampfenin der Kammer und dann auf dem Substrat sublimieren. Der Betriebsablauf ist: <ol><li> Entlüften Sie die Kammer, durch &quot;Auto Vent&quot; drücken. </li><li> Offene Kammertür und Last Substrate in der Kuppel. </li><li> Schließen Sie die Tür und Abpumpen von &quot;Auto Pump&quot; drücken, dauert es ca. 1 Stunde für die Kammer nach unten zu pumpen , bis der Druck unter 5 · 10 -6 Torr ist. </li><li> Bearbeiten Sie das Rezept. Schicht # 1: Cr, Dicke: 5 nm, Abscheidungsrate: 1 Å / s; Schicht # 2: Au, Dicke: 50 nm, Abscheidungsrate: 2 Å / sec. </li><li> Auf das gewünschte Vakuumniveau erreicht, wird der Abscheidungsprozess des ersten Metalls starten automatisch von &quot;Auto Run&quot; drücken. Anmerkung: Während der Abscheidung wird die Hochspannungsmodul eingeschaltet ist und die Spannung beträgt 10 kV. Pistole Rotationsmodul eingeschaltet ist, und Vorrichtungsrotations beträgt 20 Umdrehungen pro Minute. Nachdem die erste Schicht beendet ist, wird das System automatisch in die Tasche Position des zweiten Metalls bewegen und beginnen Deposition. </li><li> Nachdem der gesamte Prozess abgeschlossen ist, drücken Sie &quot;Auto Vent&quot;, um die Kammer zu entlüften und die Probe herausnehmen. Anmerkung: Die Gesamtdicke der Au - Films betrug 50 nm und die Oberflächenrauhigkeit wurde mit einem Atomkraftmikroskop (AFM) , was eine typische quadratische Mittelwert (RMS) von 0,7 nm gemessen. Keine besondere Behandlung wurde der Kaufglassubstrate vor Au-Filmabscheidung durchgeführt. </li></ol> 3. Die Ablagerung von PE-Schichten <ol><li> Vorbereitung der Reagenzien <ol><li> Für das Natriumchlorid (NaCl) -Lösung, mit 500 ml deionisiertem Wasser 29 g NaCl-Pulver zu mischen. </li><li> Für das Polystyrolsulfonat (PSS) -Lösung, mit 500 ml DI-Wasser 29 g NaCl-Pulver mischen dann 1,5 ml der PSS-Stammlösung hinzufügen. </li><li> Für die Poly (allylamin) Hydrochlorid (PAH) -Lösung, mit 500 ml DI-Wasser 29 g NaCl-Pulver mischen dann 132 mg PAH hinzuzufügen. </li></ol></li><li> Schicht- für -Schicht - Abscheidungs Hinweis:PAH ist leicht positiv geladen, während PSS leicht negativ geladen ist. Da der Film in Abschnitt 2 oben hergestellt Au leicht negativ geladen ist, wird eine PAH-Schicht zuerst aufgebracht werden. Die folgenden Schritte werden im Detail zeigen, wie fünf PE-Schichten abzuscheiden: PAH / PSS / PAH / PSS / PAH. <ol><li> Zunächst deponieren eine PAH-Schicht durch die Goldfolie eingetaucht (hergestellt in Abschnitt 2 oben) in eine PAH-Lösung (hergestellt in Schritt 3.1.3) für 5 min. Dadurch ergibt sich eine PAH-Schicht oben auf dem Au-Film mit einer Dicke von ~ 1 nm. </li><li> Nach 5 min spülen Sie den Film Au + 1 PAH Schicht mit sauberem DI-Wasser. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH-Schicht in einer NaCl-Lösung (hergestellt in Schritt 3.1.1) für 1 min. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH-Schicht (nach dem Schritt 3.2.3) in eine PSS-Lösung für 5 min. Dies führt zu einer PSS-Schicht mit einer Dicke von ~ 1 nm auf der Oberseite der Schicht PAH. </li><li> Nach 5 min spülen Sie den Film Au + 1 PAH Schicht 1 PSS-Schicht mit sauberem DI-Wasser. </li><li> Tauchen Sie die Au film + 1 PAH Schicht + 1 PSS-Schicht in die NaCl-Lösung für 1 min. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH Schicht + 1 PSS-Schicht in die PAH-Lösung für 5 min. Dies resultiert in einer anderen PAH-Schicht mit einer Dicke von ~ 1 nm auf der Oberseite der PSS-Schicht (in Schritt 3.2.4 oben hergestellt). </li><li> Nach 5 Minuten, spülen Sie die Folie Au + 1 PAH +1 PSS + 1 PAH-Schichten mit sauberem DI-Wasser. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH-Schichten in die NaCl-Lösung für 1 min. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH-Schichten in die PAH-Lösung für 5 min. Dies resultiert in einer zweiten PSS-Schicht mit einer Dicke von ~ 1 nm auf der Oberseite der PAH-Schicht (die in Schritt 3.2.7 oben hergestellt wurde). </li><li> Nach 5 Minuten, spülen Sie die Folie Au + 1 PAH +1 PSS + 1 PAH + 1 PSS Schichten mit sauberem DI-Wasser. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH 1 PSS Schichten in die NaCl-Lösung für 1 min. </li><li> Tauchen Sie die Au-Film + 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH +1 PSS Schichten in die PAH-Lösung für 5 min. Dieses Ergebniss in einem anderen PAH-Schicht mit einer Dicke von ~ 1 nm auf der Oberseite der PSS-Schicht (die in Schritt 3.2.10 oben hergestellt wurde). </li><li> Schließlich spülen Sie die Au-Film + 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH 1 PSS + 1 PAH mit DI-Wasser und trocknen Sie das Probengas sauber Stickstoff. Hinweis: Die Gesamtdicke der fünf PE - Schichten in der Luft gemessen wurde , eine spektroskopische Ellipsometer bei Einfallswinkeln von 65 ° mit 70 ° und 75 °, mit einer Dicke von 5,0 ± 0,1 nm ergibt. </li></ol></li></ol> 4. Die Ablagerung von Cy5 Farbstoffmoleküle <ol><li> Bereiten Sie eine 25 &amp; mgr; M Cy5-Lösung mit VE-Wasser als Lösungsmittel. </li><li> Setzen Sie die Oberfläche der Probe (die eine Reihe von fünf PE-Schichten aufweist, wie in Abschnitt 3 oben beschrieben) zu 100 &amp; mgr; l einer 25 &amp; mgr; M Cy5-Lösung für 10 min. Erste Tropfen gegossen 100 ul der Cy5-Lösung (hergestellt in Schritt 4.1) auf die Probenoberfläche und dann ein Deckglas auf der Oberseite der Lösung Drop platzieren. Cy5-Moleküle werden in t integrierener oben PE-Schichten gleichmäßig. </li><li> Nach 10 Minuten, spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und trocknen Sie es mit sauberem Stickstoffgas. </li></ol> 5. Die Ablagerung von Nanowürfel Nanopatch Antennen (NPA) zu bilden <ol><li> Verdünne die Nanowürfels Lösung aus Abschnitt 1 um einen Faktor von 1/100 unter Verwendung von DI-Wasser erhalten, die optische Untersuchung einzelner NPAs zu ermöglichen. </li><li> Verwenden Sie einen Mikropipette einen Tropfen von 20 &amp; mgr; l der verdünnten Lösung Nanowürfel zu platzieren (hergestellt in Schritt 5.1) auf ein sauberes Deckglas. Legen Sie die Probe (hergestellt in Abschnitt 4) in Kontakt mit dem Deckglas für 2 min. Daraus ergibt sich die Ag-Nanowürfel auf der oberen Klemme PAH Schicht immobilisiert werden, da die Nanowürfel hier synthetisiert werden negativ geladen ist und die obere Schicht PAH positiv geladen. </li><li> Nach 2 min, spülen Sie die Probe mit VE-Wasser und trocken mit sauberem Stickstoffgas. Hinweis: Die Schritte 5,1-5,3 beschreiben ein Verfahren , um eine Probe für optische Untersuchungen an einzelnen NPA vorzubereiten m mit einem Dunkelfeldicroscope (Dunkelfeld-Streuung). Um eine Probe für die Reflexionsmessungen vorzubereiten, ein ähnliches Verfahren, außer dass in Schritt angewendet wird 5.1 die ursprüngliche Nanowürfels Lösung um einen Faktor von 1/10 anstelle von 1/100 verdünnt. </li></ol> 6. Optische Messungen Hinweis: Ein speziell angefertigten optische Hell- / Dunkelfeld - Mikroskop bei diesen Messungen verwendet wird. Die NPA sind durch eine weiße Lichtquelle durch einen langen Arbeitsabstand Hell- / Dunkelfeldobjektiv beleuchtet. Das reflektierte / gestreute Licht von der NPAs wird durch dasselbe Objektiv gesammelt. Eine Lochblende (50 &amp; mgr; m Durchmesser) wird in einer Bildebene zu wählen Signal von einem einzelnen Nanoantenne verwendet. Eine Digitalkamera wird verwendet, um ein Farbbild zu erfassen. Ein Spektrometer und eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) -Kamera verwendet spektralen Daten zu erwerben. Für Fluoreszenzmessungen a 633 nm continuous wave HeNe-Laser ist für die Anregung und das Signal wurde verwendet, spektral durch einen Langpassfilter gefiltert. <ol&gt; <li> Dunkelfeld - Streuspektrum einzelner NPA <ol><li> Unter Beleuchtung mit weißem Licht, einzelne NPA auf die Probe zu identifizieren , die in Abschnitt 5 unter Weißlicht - Beleuchtung, individuelle NPA erscheinen als helle, rot oder rosa farbigen Punkte wie in 4C gezeigt , hergestellt wurde. </li><li> Richten Sie eine einzige NPA mit der Lochblende eine Übersetzungsstufe verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass das Dunkelfeld Streubild der NPA noch nach der Lochblende beobachtet wird. </li><li> Erwerben, um ein Spektrum des Streulichts von der NPA des Spektrometers und CCD-Kamera mit einem 1 sec Integrationszeit verwendet wird. Weil die Öffnungsfläche (50 &amp; mgr; m) viel größer ist als die physikalische Größe der NPA ist (~ 75 nm) enthält das Spektrum gestreuten Lichts von der NPA zusätzlich aus dem Bereich zu signalisieren, die NPA umgibt. </li><li> Bewegen Sie die Probe auf einen Bereich ohne NPA und erwerben ein weiteres Spektrum mit einem 1 s Integrationszeit. Dieses Spektrum stellt Streulicht aus derHintergrund. </li><li> Entfernen Sie die Probe mit NPA und legen Sie einen zertifizierten Reflexionsstandardprobe im Setup. Erwerben, um ein Spektrum des Streulichts mit einer 0,1 sec Integrationszeit, um das Signal von der NPA zu normieren. </li><li> Schließen Sie die Lochblende und erwerben ein Spektrum mit einer 0,1 sec Integrationszeit ohne Eingangssignal. Dieses Spektrum stellt die CCD dunklen zählt. </li><li> Berechnen Sie die endgültige Streuspektrum einer NPA wie folgt: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876eq1.jpg" /> wo ich NPA + Hintergrund, I Hintergrund, ich weißes Licht, ich dunkel CCD sind die Streuspektren von Schritten 6.1.3, gemessen 6.1.4, 6.1.5 und 6.1.6 sind. </li><li> Extrahieren der Plasmonresonanz des NPA durch den Schwerpunkt des Streuresonanzspitze zu berechnen. 16 </li></ol></li><li> Fluoreszenzverstärkung von Cy5 - Moleküle durch einzelne NPAs <ol><li> Unter Beleuchtung mit weißem Licht, einzelne NPA aus der Probe in Abschnitt vorbereitet identifizieren 5. Im Dunkelfeld, individuelle NPA erscheinen als helle, rot oder rosa farbigen Punkte wie in 4C gezeigt. </li><li> Richten Sie eine einzige NPA mit der Lochblende eine Übersetzungsstufe verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass das Dunkelfeld Streubild der NPA von der Kamera nach der Lochblende platziert erkannt wird. </li><li> Drehen Sie den Weißlicht-Beleuchtung aus und drehen auf der 633 nm kontinuierliche Welle HeNe-Laser zur Anregung verwendet. </li><li> Platzieren ein 633 nm Langpasslaserfilter in dem optischen Weg unmittelbar vor dem Eintritt in das Spektrometer, um jegliche gestreute Laserlicht zu blockieren. </li><li> Erwerben ein Fluoreszenzspektrum der Emission von den Cy5 Moleküle eine 1 sec Integrationszeit verwendet wird. Weil die Öffnungsfläche (50 &amp; mgr; m) viel größer als die physikalische Größe der NPA ist (~ 75 nm) dieses Spektrum enthält Emission von beiden in der NPA eingebetteten Moleküle als well als Moleküle, die die NPA umgibt. </li><li> Bewegen Sie die Probe auf einen Bereich ohne NPA und erwerben ein weiteres Spektrum mit einer 1 sec Integrationszeit. Dieses Spektrum stellt die Emission von Molekülen im Hintergrund, ohne NPAs. </li><li> Bereiten Sie eine separate Probe, die als Kontrollprobe verwendet wird, nach dem Verfahren in den Abschnitten 3 und 4, in denen Cy5 Moleküle mit PE-Schichten auf einem Glasobjektträger eingebaut werden (ohne einen Au-Film und Ag-Nanowürfel). </li><li> Erwerben ein Fluoreszenzspektrum der Emission von Cy5-Molekülen auf der Kontrollprobe in dem vorhergehenden Schritt hergestellt 10 sec Integrationszeit verwendet wird. </li><li> Bestimmen Sie die Fluoreszenzverstärkungsfaktor durch die Fluoreszenzspektren gemessen in Schritten 6.2.5, 6.2.6 und 6.2.8, unter Berücksichtigung der CCD dunklen zählt, Normierung durch Flächeneinheit und Aufnahmezeiten. 12,14 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Fan, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Plasmonic+Nanoparticle+Clusters%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Plasmonic Nanoparticle Clusters.</a> Science. 328 (5982), 1135-1138 (2010).</li>
<li>Zhang, Q., Li, W., Wen, L. -P., Chen, J., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+Synthesis+of+Ag+Nanocubes+of+30+to+70+in+Edge+Length+with+CF3COOAg+as+a+Precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eur.+J%22%5BJournal%5D)">Facile Synthesis of Ag Nanocubes of 30 to 70 in Edge Length with CF3COOAg as a Precursor.</a> Chem. Eur. J. 16 (33), 10234-10239 (2010).</li>
<li>Sun, Y., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape-Controlled+Synthesis+of+Gold+and+Silver+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Shape-Controlled Synthesis of Gold and Silver Nanoparticles.</a> Science. 298 (5601), 2176-2179 (2002).</li>
<li>Xia, Y., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape-Controlled+Synthesis+and+Surface+Plasmonic+Properties+of+Metallic+Nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Bull%22%5BJournal%5D)">Shape-Controlled Synthesis and Surface Plasmonic Properties of Metallic Nanostructures.</a> MRS Bull. 30 (05), 338-348 (2005).</li>
<li>Ciraci, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+Ultimate+Limits+of+Plasmonic+Enhancement%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Probing the Ultimate Limits of Plasmonic Enhancement.</a> Science. 337 (6098), 1072-1074 (2012).</li>
<li>Chandran, S. P., Chaudhary, M., Pasricha, R., Ahmad, A., Sastry, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Gold+Nanotriangles+and+Silver+Nanoparticles+Using+Aloevera+Plant+Extract%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Prog%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Gold Nanotriangles and Silver Nanoparticles Using Aloevera Plant Extract.</a> Biotechnol. Prog. 22 (2), 577-583 (2006).</li>
<li>Perez-Juste, J., Pastoriza-Santos, I., Liz-Marzán, L. M., Mulvaney, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanorods%3A+Synthesis%2C+characterization+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Coord.+Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Gold nanorods: Synthesis, characterization and applications.</a> Coord. Chem. Rev. 249 (17-18), 1870-1901 (2005).</li>
<li>Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+Growth+Mechanism+of+Gold+Nanorods+%28NRs%29+Using+Seed-Mediated+Growth+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method.</a> Chem. Mater. 15 (10), 1957-1962 (2003).</li>
<li>Rycenga, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+Synthesis+and+Assembly+of+Silver+Nanostructures+for+Plasmonic+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Controlling the Synthesis and Assembly of Silver Nanostructures for Plasmonic Applications.</a> Chem. Rev. 111 (6), 3669-3712 (2011).</li>
<li>Cortie, M. B., McDonagh, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Optical+Properties+of+Hybrid+and+Alloy+Plasmonic+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Optical Properties of Hybrid and Alloy Plasmonic Nanoparticles.</a> Chem. Rev. 111 (6), 3713-3735 (2011).</li>
<li>Halas, N. J., Lal, S., Chang, W. -S., Link, S., Nordlander, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmons+in+Strongly+Coupled+Metallic+Nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Plasmons in Strongly Coupled Metallic Nanostructures.</a> Chem. Rev. 111 (6), 3913-3961 (2011).</li>
<li>Rose, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+Radiative+Processes+Using+Tunable+Plasmonic+Nanopatch+Antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Control of Radiative Processes Using Tunable Plasmonic Nanopatch Antennas.</a> Nano Lett. 14 (8), 4797-4802 (2014).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+mechanisms+of+large+Purcell+enhancement+in+plasmonic+nanoantennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Probing the mechanisms of large Purcell enhancement in plasmonic nanoantennas.</a> Nature Photon. 8 (11), 835-840 (2014).</li>
<li>Hoang, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+spontaneous+emission+source+using+plasmonic+nanoantennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Ultrafast spontaneous emission source using plasmonic nanoantennas.</a> Nat. Commun. 6, (2015).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.</a> Nano Lett. 15 (5), 3578-3584 (2015).</li>
<li>Mock, J. J., Hill, R. T., Tsai, Y. -J., Chilkoti, A., Smith, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+Dynamically+Tunable+Localized+Surface+Plasmon+Resonances+of+Film-Coupled+Nanoparticles+by+Evanescent+Wave+Excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Probing Dynamically Tunable Localized Surface Plasmon Resonances of Film-Coupled Nanoparticles by Evanescent Wave Excitation.</a> Nano Lett. 12 (4), 1757-1764 (2012).</li>
<li>Skrabalak, S. E., Au, L., Li, X., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+synthesis+of+Ag+nanocubes+and+Au+nanocages%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protocols%22%5BJournal%5D)">Facile synthesis of Ag nanocubes and Au nanocages.</a> Nat. Protocols. 2 (9), 2182-2190 (2007).</li>
<li>Im, S. H., Lee, Y. T., Wiley, B., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large-Scale+Synthesis+of+Silver+Nanocubes%3A+The+Role+of+HCl+in+Promoting+Cube+Perfection+and+Monodispersity%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Large-Scale Synthesis of Silver Nanocubes: The Role of HCl in Promoting Cube Perfection and Monodispersity.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 44 (14), 2154-2157 (2005).</li>
<li>Moreau, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled-reflectance+surfaces+with+film-coupled+colloidal+nanoantennas%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas.</a> Nature. 492 (7427), 86-89 (2012).</li>
<li>Lassiter, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+Waveguide+Modes+of+Film-Coupled+Metallic+Nanocubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Plasmonic Waveguide Modes of Film-Coupled Metallic Nanocubes.</a> Nano Lett. 13 (12), 5866-5872 (2013).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Silbernanowürfel wurden ähnliche Reaktionsbedingungen unter Verwendung von zuvor berichteten Synthesen chemisch synthetisiert. 2,12,17-20 Diese Synthese ermöglicht die Herstellung von Nanowürfel mit Seitenlängen von 50 bis 100 nm reichen. Zum Beispiel führt eine typische Heizzeit von 2,5 h in Nanowürfel mit Seitenlängen von ~ 75 nm. Eine längere Synthesezeit (&gt; 3 h) wird jedoch zu größeren Nanopartikel führen, dies in verschiedenen Formen wie abgeschnitten Nanowürfel oder Oktaeder auch dazu führen kann. Die endgültige Lösung wurde zentrifugiert und in entionisiertem Wasser resuspendiert und kann für mindestens einen Monat lang in einem Kühlschrank bei 4 ° C ohne nennenswerte Änderungen in den Streuspektren der Plasmonenresonanzen gespeichert werden. 12 Die Größe und Form der Ag-Nanowürfel aus dem Verfahren in dem obigen Protokoll dargestellt sind sehr empfindlich auf die Reinigung des RBF, seine Kappe und der Rührstab sowie die Qualität der EG-Lösung. NanopartiZyklen mit verschiedenen Formen wie abgerundete oder längliche Nanopartikel ist ein Zeichen, dass es mit einem dieser Schritte bei der Synthese wahrscheinlich ein Problem. Es wird daher empfohlen, dass die Schritte 1.1.1-1.1.4 und 1.2.1-1.2.2 von entscheidender Bedeutung sind. In 4b das Streuspektrum aus einer einzigen nanopatch Antenne gesammelt gezeigt , die eine starke Plasmonresonanz bei 650 nm aufweist. Eine solche Resonanz zeigt eine ausgezeichnete Modenbegrenzung in dem Spaltbereich zwischen dem Ag-Nanowürfels und Au-Film möglich gemacht durch qualitativ hochwertige Nanowürfel. Zusätzlich, wie ein Spektrum zu erhalten, ist es auch erforderlich, dass die Probe sauber ist, haben die Abstandsschichten (PE-Schichten) eine gleichmäßige Dicke und die zugrunde liegenden Au-Film glatt ist. Die starke Plasmonresonanz wird durch die in Figur 4c dargestellten Daten bestätigt , wo einzelne nanopatch Antennen können in dem Dunkelfeldbild und in Figur 4d beobachtet werden , wo große FluoreszenzErweiterung wird von Cy5-Moleküle sich in den Spaltbereich beobachtet. Es sollte auch beachtet werden, dass die Ag-Nanowürfel im Laufe der Zeit trotz der PVP-Beschichtung an der Luft bei Einwirkung oxidieren und somit empfiehlt es sich, daß optische Messungen sollten zubereitet oder innerhalb von 1 bis 3 Tagen am Tag durchgeführt werden, wird die Probe. Zur Minimierung der Oxidation ist es empfehlenswert, dass die Antennen nanopatch Proben im Vakuum oder Stickstoffgas gespeichert werden. Das Verfahren in diesem Papier ermöglicht die Herstellung von Ag-Nanowürfeln und Plasmonen nanopatch Antennen mit gut kontrollierten Dimensionen unter Verwendung von kolloidalem Synthese und eine Schicht-für-Schicht-Dip-Coating-Prozess. Im Vergleich zu anderen Techniken, wie beispielsweise optische oder Elektronenstrahllithografie stellte die Technik hier bietet das Potential für kostengünstige und großtechnische Produktion, während eine enge Größenverteilung von Nanopartikeln zu erzeugen. Eigenschaften der Plasmonen nanopatch Antennen in diesem Papier halten auch ein großes Versprechen fürneue Nanomaterialien durch Design aufweisen einzigartige Eigenschaften auf, die in ihrer makroskopischen Pendants nicht vorhanden. 12 spontane Verbesserungen Emissionsrate von 1000; Insbesondere haben diese Nanoantennen Rekord-Fluoreszenzverstärkung von eingebetteten Farbstoffmoleküle 30.000 übersteigt gezeigt; Ultra spontane Emission und eine hohe Quantenausbeute. 13,14 Zusätzlich wurde gefunden , daß Emittern auf diese nanopatch Antennen weisen stark gerichtete Emission , die für Anwendungen kritisch ist gekoppelt gezeigt , in Kopplung an einen externen Detektor oder Einmodenfaser erforderlich ist. Zukünftige Anwendungen der nanoskaligen Patchantennen können von ultraschnellen optoelektronischen Bauelementen wie Leuchtdioden, um einen hohen Wirkungsgrad Photodetektoren und photovoltaische Bauelemente, Sensor- und Quanteninformationsverarbeitung Technologien reichen. 12-14

In den letzten Jahren haben kolloidale Synthese von Nanopartikeln und die Montage von diesen in fortgeschrittene Strukturen große Interessen angezogen sowohl in der Forschung und industriellen Entwicklung. 1-4 Kolloidales Synthese von Nanopartikeln mehrere Vorteile gegenüber lithographisch hergestellten Nanostrukturen einschließlich überlegen Größe Homogenität haben, niedrige Kosten und die Möglichkeit, groß angelegte, parallele Produktion. Metall - Nanoteilchen, wie Silber (Ag) und Gold (Au) können lokalisierte Oberflächenplasmon - Polaritonen unterstützen und haben die Fähigkeit , Licht in einem Volumen viel kleiner als die Beugungsgrenze zu beschränken. 1,3-5 Der resultierende hohe Feldstärke erzeugt eine verstärkte lokale Zustandsdichte Licht-Materie-Wechselwirkungen ermöglicht auf der Nanoskala angepasst werden. Die jüngsten Bemühungen haben Verfahren gezeigt Ag und Au - Nanopartikeln in einer Vielzahl von Größen und Formen, einschließlich Dreiecke, 4,6 Käfige, 3,4 und Stangen zu synthetisieren4,7,8 zusätzlich zu den hier diskutierten Nanowürfel. Nanostrukturen mehrere Ag oder Au Nanokomponenten , bestehend aus auch Demonstrieren maßgeschneiderten Eigenschaften hergestellt worden. 1,9-11 Hier zeigen wir ein Verfahren Ag-Nanowürfel zu synthetisieren und was noch wichtiger ist, zu koppeln diese Ag-Nanowürfel mit einer darunter liegenden Au-Film, um plasmonic nanopatch Antennen zu bilden. Der Abstand zwischen Ag-Nanowürfel und dem Au-Film kann unter Verwendung einer Reihe von Polyelektrolyt Abstandsschichten mit ~ 1 nm Auflösung gesteuert werden. Wir zeigen auch, wie ein aktives Medium, wie einem organischen Farbstoff einzuarbeiten, in die plasmonic nanopatch Antennen. Aufgrund der stark begrenzten elektromagnetischen Feldern in den Spaltbereich zwischen den Nanowürfel und dem Au - Film, können die nanopatch Antennen für stark verbesserte Fluoreszenz- und spontane Emission der eingebetteten Farbstoffmoleküle verwendet werden. 12,13 Die in diesem Dokument vorgestellten Verfahren verallgemeinert werden können zu anderen Strahlern, such als kolloidale Festkörperquantenpunkte 14 oder zweidimensionale Halbleitermaterialien 15 und der Plasmonresonanz kann durch Variieren der Größe der Nanowürfel oder den Spalt über einen weiten Spektralbereich abgestimmt werden.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagenzien</td></tr><tr><td>Ethylenglykol&nbsp;</td><td>J.T. Baker</td><td>9300</td><td>Muss wasserfrei sein</td></tr><tr><td>Natriumhydrosulfidhydrat&nbsp; &nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>161527</td><td></td></tr><tr><td>Polyvinylpyrrolidon&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>856568</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochrorinsäure BDH ARISTAR PLUS</td><td>VWR International</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>Silbertrifluoracetat&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>482307</td><td>An einem dunklen Ort aufbewahren</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Sigma Aldrich</td><td>48358</td><td></td></tr><tr><td>Salpetersäure</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7697-37-2</td><td>konzentriert (70%), zur Reinigung</td></tr><tr><td>Poly(allylamin)hydrochlorid (PAK)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>283215</td><td></td></tr><tr><td>Polystyrolsulfonat&nbsp; (PSS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>561223</td><td></td></tr><tr><td>Natriumchlorid&nbsp;</td><td>Macron Inc.</td><td>7647</td><td></td></tr><tr><td>Sulfo-Cyanin5-Carbonsäure (Cy5)</td><td>Lumiprobe</td><td>13390</td><td>Fluoreszenzfarbstoff (Molekulargewicht: 664,76 g/mol)</td></tr><tr><td colspan="4">Ausrüstungen</td></tr><tr><td>Rührplatte mit Temperaturregelung</td><td>VWR International</td><td>89000-338</td><td></td></tr><tr><td>Vortex-Mischer</td><td>VWR International</td><td>10153-834</td><td></td></tr><tr><td>Mikrozentrifuge</td><td>Thermowissenschaftliches</td><td>Modell 59A</td><td></td></tr><tr><td>Silikonöl&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>63148-62-9</td><td></td></tr><tr><td>Mikromaßstab</td><td>Mettler Toledo</td><td>Modell ML 104/03</td><td></td></tr><tr><td>Elektronenstrahl-Metallverdampfer</td><td>CHA Industries</td><td>E-Beam-Verdampfer</td><td>In einem Reinraum</td></tr><tr><td>Vorgereinigte Objektträger</td><td>Schott North America, Inc.</td><td>Nexterion Glas B&nbsp;</td><td>Reinraum vorgereinigt</td></tr><tr><td>25 ml 24/40 Rundkolben</td><td>VWR International</td><td>60002-290</td><td></td></tr><tr><td>Magnetrührstab</td><td>VWR International</td><td>58948-116</td><td></td></tr><tr><td>Mikropipetten (1&ndash; 10&nbsp; ml, 10&ndash; 100&nbsp; ml und 100&ndash; 1.000&nbsp; ml)</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultraschall-Reinigungsbad</td><td>Branson Ultraschall</td><td>Modell 1510R-DTH</td><td></td></tr><tr><td>Stoppuhr</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf Zentrifugenröhrchen (1,5&nbsp; ml)</td><td>VWR International</td><td>22364111</td><td></td></tr><tr><td>Poly(propylen)-Konusrohre (50&nbsp; ml)</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Selbstgebautes Hell-/Dunkelfeldmikroskop</td><td></td><td></td><td>75 W Xenon-Weißlichtquelle, Nikon BF/DF 50X ELWD 0,55 NA, 8,2 mm WD-Objektiv, Nikon D90 Digitalkamera, Acton 2300i Spektrometer, Photometrics CoolSnap HQ CCD-Kamera (Charge Coupled Device)</td></tr><tr><td>He Ne Laser (633&nbsp; nm), 5&nbsp; mW</td><td>Newport Corp.</td><td>R-30990</td><td></td></tr><tr><td>Reflexionsstandard</td><td>Laborkugel</td><td>Modell SRS-99-010</td><td></td></tr><tr><td>Laser-Langpassfilter 633&nbsp; nm</td><td>Semrock</td><td>LP02-633RU-25</td><td></td></tr></tbody></table>

kolloidales synthese von nanopatch antennen für anwendungen in plasmonics und nanophotonics

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

Wir stellen ein Verfahren zur Synthese kolloidale Silbernanowürfel und die Verwendung dieser in Kombination mit glatter Goldfilm, plasmonic nanoskaligen Patchantennen herzustellen. Dies beinhaltet ein detailliertes Verfahren für die Herstellung von Dünnschichten mit einer gut gesteuerten Dicke über makroskopische Bereiche unter Verwendung von Schicht-für-Schicht-Abscheidung von Polyelektrolyten Polymeren, nämlich Poly (allylamin) hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS). Diese Polyelektrolyte Abstandsschichten dienen als dielektrische Lücke zwischen Silbernanowürfeln und einem Goldfilm. Durch die Steuerung der Größe der Nanowürfel oder die Spaltdicke kann die Plasmonenresonanz von etwa 500 nm bis 700 nm eingestellt werden. Als nächstes zeigen wir, wie organische sulfo-cyanine5 Carbonsäure (Cy5) Farbstoffmoleküle in das dielektrische Polymer Spaltbereich der nanopatch Antennen zu integrieren. Schließlich zeigen wir Fluoreszenz der Farbstoffe Cy5 stark verbessert durch die spektral-Plasmon-Resonanz mit der Anregungsenergie passend und ter Cy5 Absorptionsspitze. Das hier vorgestellte Verfahren ermöglicht die Herstellung von Plasmonen nanopatch Antennen mit gut kontrollierten Dimensionen unter Verwendung von kolloidalem Synthese und eine Schicht-für-Schicht-Tauchbeschichtungsprozess mit dem Potential für kostengünstige und großtechnische Produktion. Diese nanopatch Antennen sind äußerst viel versprechend für praktische Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Sensorik, ultraschnelle opto-elektronische Geräte und für hocheffiziente Photodetektoren.

Hier zeigen wir repräsentative Ergebnisse der Eigenschaften der Plasmonen nanopatch Antennen, einschließlich REM-Aufnahmen der Probenstruktur ein Reflexionsspektrum einer Sammlung von nanopatch Antennen und einem Streuspektrum von einem einzigen nanopatch Antenne. Die Energie der Plasmonresonanz der nanopatch Antennen hängt von der Größe der Nanowürfel, der Dicke des dielektrischen Spaltbereich, also die Anzahl von PE - Schichten, sowie das dielektrische Material. In dem Verfahren oben präsentierten wir Ag-Nanowürfel mit einer durchschnittlichen Seitenlänge von 75 nm und leicht abgerundeten Ecken erhalten haben (Krümmungsradius ~ 10 nm) beschichtet in einer PVP-Schicht mit einer geschätzten Dicke von 1-3 nm. In Kombination mit den 5 PE-Schichten und Goldfilm, dieses Ergebnis in einer Plasmonenresonanz zentriert bei ~ 650 nm mit einer vollen Breite bei Halbmaximum (FWHM) von ~ 50 nm. Dies wiederum hat eine gute spektrale Überlappung mit der Absorption und Emissionswellenlänge von ter Cy5-Moleküle, die bei 646 und 662 nm zentriert ist, respectively. 3A zeigt eine REM - Aufnahme einer Probe mit einer hohen Konzentration an Nanowürfel. Diese Nanowürfel wurden auf einem Au-Film abgeschieden mit 5 PE-Schichten. Solche REM-Aufnahmen, die Gesamtqualität der Nanowürfel Synthese zu überprüfen, verwendet werden; jedoch sind diese Proben nicht für die weitere optische Messungen verwendet, wie die Dichte der Nanowürfel zu hoch ist. Zusätzlich aufgrund der hohen Dichte, einige Nanowürfel auf der Oberfläche liegen, nicht die die plasmonic nanopatch Antennenstruktur zu bilden, wesentlich ist. 3B zeigt ein REM - Bild einer Probe von Nanowürfel hergestellt , eine Nanowürfels Lösung , die um einen Faktor von 1/10 verdünnt wurde. Diese Probe wird für die Messungen verwendet, in denen die Reflektivität von weißem Licht aus einem Ensemble von nanopatch Antennen gemessen wurde, um zu bestimmenGesamt - Plasmon - Resonanz. 3C zeigt ein REM - Bild einer Probe von Nanowürfel hergestellt , eine Nanowürfels Lösung , die um einen Faktor von 1/100 verdünnt wurde. Diese Probe wird für die Messungen der Streuung eines einzelnen nanopatch Antenne verwendet. die verdünnte Lösung Nanowürfel Mit dieser Funktion können einzelne nanopatch Antennen durch die Verwendung eines kleinen Pinhole räumlich getrennt in einer Bildebene zu sein. 4A zeigt ein Reflexionsspektrum, nach Normierung mit dem weißen Licht Hintergrund, gemessen von einer ähnlichen Probe zu dem in dem SEM - Bild in 3B gezeigt. 4B zeigt einen Streuspektrum von einem einzelnen nanopatch Antenne ähnlich wie die Probe in der gezeigten REM - Aufnahme in 3C. 4C zeigt ein Dunkelfeldbild einer nanopatch Antenne Probe (hergestellt von einem 1/100 verdünnte Lösung Nanowürfel auf einem Goldfilm mit 5 PE-Schichten) aufgenommen von einer Nikon D90 Digitalkamera verteilt. Die beobachteten hellen roten Punkte sind aufgrund der Streuung von weißem Licht aus einzelnen nanopatch Antennen. Ein paar Flecken beobachtet andere Farben als rot zu haben, was ein Ergebnis der Nanowürfel mit verschiedenen Größen oder größere Nanopartikel mit nicht-kubischen Formen ist. 4D zeigt zwei Fluoreszenzspektren, die man von einem einzigen nanopatch Antenne gemessen (aus einer Probe , ähnlich der in 3C gezeigt) und der andere aus einer Kontrollprobe , bestehend aus einem Glasobjektträger mit der gleichen Anzahl von PE - Schichten und die Dichte der Cy5 Farbstoffmoleküle. Die Fluoreszenzintensität von Cy5 Moleküle an die nanopatch Antenne gekoppelt ist viel stärker als auf dem Glasträger. Dies ergibt sich aus einer verbesserten Anregungsfrequenz sowie eine modifizierte Strahlungsmuster und erhöhte Quanteneffizienz der Farbstoffmoleküle. 1<html> 2 für die Hintergrundfluoreszenz und Normalisierung pro Flächeneinheit Nach der Korrektur durch die Fläche unter der Nanowürfels mit dem Anregungs Punktgrße Dividieren, 12 wir einen Verstärkungsfaktor von ~ 12.000 von den Daten , dargestellt in Figur 4D erhalten. Dieser Verstärkungsfaktor ist kleiner verglichen mit dem zuvor berichteten Wert von 30.000 12 wahrscheinlich auf die Verwendung eines Au anstelle von Ag - Film, die Erhöhung nicht-Strahlungsverlusten. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig1.jpg" /> Abbildung 1. Ausrüstung Setup für Ag - Nanowürfels Synthese. (A) Eine Fotografie des Geräteeinrichtung , welche die Wärmebad auf dem Rühren Heizplatte mit Temperaturregelung. (B) Eine Nahaufnahme des Rundkolben (RBF) , um die Nanowürfel Lösung während der Synthese enthält. Die Einrichtung ist mit der richtigen Belüftung im Inneren einer Abzugshaube.tps: //www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig2.jpg" /> Abbildung 2. Bilder von der Nanowürfel Lösung. (A) NanoCube Lösung nach der 2,5-Stunden - Synthese und (B) nach der Übertragung auf kleinere Rohre und resuspendierten in de-ionisiertem Wasser. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen .</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" width="700" /> Abbildung 3. REM - Charakterisierungen von Ag - Nanowürfel. (A) REM - Aufnahme einer konzentrierten Nanowürfel Probe, (B) eine verdünnte (1/10)Nanowürfel Probe, und (C) eine verdünnte (1/100) Nanowürfel Probe. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" width="700" /> Abbildung 4. Optische Charakterisierungen von nanopatch Antennen. (A) Normalized Reflexionsspektrum von einem Ensemble von nanopatch Antennen gemessen (nicht verwässerter Nanowürfel - Lösung). (B) Scattering Spektrum von einem einzelnen nanopatch Antenne (1/100 verdünnt Nanowürfel - Lösung). (C) Ein Dunkelfeldbild einer nanopatch Antenne Probe (1/100 verdünnt Nanowürfel - Lösung) unter Beleuchtung mit weißem Licht gemacht. Jedes der hellen roten Punkt entspricht einem einzelnen plasmonic nanopatch Antenne. (D) Die Fluoreszenz von Cy5 Farbstoffmoleküle einbettended in einer nanopatch Antenne (rote Linie) im Vergleich zu der aus einem Glasobjektträger mit einer gleichen Konzentration von Cy5 Farbstoffen (gestrichelte schwarze Linie). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Ein Protokoll für die kolloidalen Synthese von Silbernanowürfel und die Herstellung von Plasmonen nanoskaligen Patch-Antennen mit Sub-10 nm Lücken vorgestellt.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Verfahrens besteht darin, eine Technik zur Herstellung von Nanopatch-Antennen zu demonstrieren, die maßgeschneiderte Licht-Materie-Wechselwirkungen ermöglichen, beispielsweise stark verstärkte Fluoreszenz. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen in den Bereichen der Nanophotonik und Plasmonik zu beantworten, etwa wie eine hohe Fluoreszenzverstärkung erreicht und andere damit verbundene Teilprozesse gesteuert werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie die großflächige Herstellung von Nanoantennen ermöglicht, wobei die kritische Strukturgröße im einstelligen Nanometerbereich präzise kontrolliert werden kann.Den Ablauf dieses Verfahrens werden Thang Hoang, ein Postdoktorand, und Jiani Huang, eine Doktorandin aus meinem Labor, demonstrieren. Beginnen Sie das Syntheseverfahren, indem Sie einen gereinigten Rundkolben etwa 10 mm tief in das Heizbad eintauchen. Anschließend geben Sie mit einer Mikropipette 10 mL Ethylenglykol, oder EG, in den Rundkolben.Setzen Sie die Kappe auf den Kolben und warten Sie 20 Minuten. Der Zweck dieses Schritts besteht darin, den Kolben mit EG zu reinigen. Nach 20 Minuten entfernen Sie die Kappe und heben Sie den Rundkolben aus dem Heizbad. Nehmen Sie die gesamte Klammer heraus, da die EG-Lösung heiß ist.Geben Sie 10 mL EG in einen Abfallbehälter, wobei sichergestellt werden muss, dass der magnetische Rührstab nicht herausfällt. Stellen Sie das Kolben erneut in das Heizbad. Geben Sie mithilfe einer Mikropipette 5 mL EG in das Kolben und setzen Sie den Verschluss auf.Nach einer Wartezeit von 5 Minuten nehmen Sie die Kappe ab und geben mithilfe einer Mikropipette 60 µL Natriumhydrosulfid-Hydrat in den Kolben. Setzen Sie die Kappe wieder auf und warten Sie zwei Minuten. Nach zwei Minuten nehmen Sie die Kappe ab und geben mithilfe einer Mikropipette 500 µL der Salzsäurelösung in den Kolben.Unmittelbar danach 1,25 mL der PVP-Lösung mit einer Mikropipette in den Kolben geben, den Verschluss wieder aufsetzen und zwei Minuten warten. Nach dem Abnehmen des Verschlusses 400 Mikroliter der Silbertrifluoracetat-Lösung mit einer Mikropipette in den Kolben geben und den Verschluss erneut schließen. 2,5 Stunden warten.Die Silber-Nanowürfel bilden sich während dieses Schritts. Während dieser Zeit sollte das Raumlicht auf ein Minimum reduziert werden. Nach 2,5 Stunden schalten Sie den Heizstab aus, lassen aber das Rühren eingeschaltet, um ein Anbrennen der Flüssigkeit am Boden zu vermeiden.Verwenden Sie den Klemmhalter, um das Kolben über das Heizbad zu heben, und entfernen Sie die Kappe. Danach nehmen Sie das Kolben aus dem Heizbad, damit es schneller abkühlen kann. Fügen Sie nach etwa 20 Minuten 5 mL Aceton in das Kolben hinzu.Versetzen Sie es gründlich im Vortex, um die Lösungen gut zu vermischen. Am Ende beträgt das Gesamtvolumen der Lösung 12 mL. Überführen Sie die fertige Lösung mithilfe einer Mikropipette auf acht kleinere 1,5-mL-Kunststoffröhrchen.Zentrifugieren Sie diese acht Röhrchen mit einer Geschwindigkeit von 5.150 G für zehn Minuten. Dadurch befinden sich alle silbernen Nanowürfel am Boden der Röhrchen. Entfernen Sie mit einer Mikropipette den oberen Überstand, wobei etwa 100 Mikroliter am Boden jedes Röhrchens verbleiben.Dann 1 mL deionisiertes Wasser in jedes dieser Reagenzröhrchen geben. Die Röhrchen vortexen und beschallen. Die Nanowürfel liegen nun hauptsächlich in deionisiertem Wasser vor.Wiederholen Sie den Zentrifugations- und Resuspendierungsschritt noch einmal. Tragen Sie zunächst eine Schicht aus Polyallylaminhydrochlorid oder PAH auf, indem Sie den Goldfilm fünf Minuten lang in eine PAH-Lösung eintauchen. Dadurch entsteht eine PAH-Schicht auf der Oberfläche des Goldfilms mit einer Dicke von etwa 1 Nanometer.Nach fünf Minuten spülen Sie den Goldfilm mit gereinigtem entionisiertem Wasser ab. Auf der Oberfläche des Goldfilms befindet sich nun eine einzelne PAH-Schicht. Tauchen Sie den Goldfilm mit der einzelnen PAH-Schicht anschließend für eine Minute in eine Natriumchloridlösung ein.Als Nächstes tauchen Sie den Goldfilm mit der einzelnen PAH-Schicht fünf Minuten lang in eine Polystyrolsulfonat- oder PSS-Lösung ein. Dadurch bildet sich eine PSS-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 Nanometer auf der PAH-Schicht. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis insgesamt fünf Polyelektrolytschichten auf dem Goldfilm abgeschieden sind.Geben Sie 100 Mikroliter einer 25-Mikromolar-Cyanin-5-Lösung als Tropfen auf die Probenoberfläche. Anschließend platzieren Sie einen sauberen Deckgläser auf dem Lösungstropfen. Cyanin-5-Moleküle lagern sich gleichmäßig in die oberen Polyelektrolytschichten ein.Nach zehn Minuten spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser und trocknen sie mit reinem Stickstoffgas ab. Um Nanopatch-Antennen herzustellen, verdünnen Sie die hergestellte Nanowürfel-Lösung mit entionisiertem Wasser um den Faktor 100, um die optische Untersuchung einzelner Nanopatch-Antennen zu ermöglichen. Geben Sie mit einer Mikropipette einen Tropfen von 20 Mikrolitern der verdünnten Nanowürfel-Lösung auf einen sauberen Deckelträger.Bringen Sie die Probe zwei Minuten lang mit dem Deckglas in Kontakt. Dadurch werden die Silber-Nanowürfel auf der oberen terminalen PAH-Schicht immobilisiert, da die hier synthetisierten Nanowürfel negativ geladen sind und die obere PAH-Schicht positiv geladen ist. Nach zwei Minuten spülen Sie die Probe mit entionisiertem Wasser ab und trocknen sie mit reinem Stickstoffgas.Hier sind repräsentative Rasterelektronenmikroskopiebilder der mit diesem Verfahren erhaltenen silbernen Nanowürfel dargestellt. In diesem Fall wurde die Probe unter Verwendung einer undiluierten Lösung von Nanowürfeln hergestellt. In diesen Bildern hingegen wurde die Probe zehn- und einhundertfach verdünnt.In allen F&auml;llen werden Nanow&uuml;rfel einer relativ einheitlichen Gr&ouml;&szlig;e beobachtet, die sich durch scharfe Ecken und einen Kr&uuml;mmungsradius von etwa 10 Nanometern auszeichnen. Hier gezeigt sind repr&auml;sentative optische Charakterisierungen der endg&uuml;ltigen Nanopatch-Antennen mit eingebetteten Cyanin-5-Farbstoffmolek&uuml;len. Reflexionsmessungen eines Ensembles von Nanopatch-Antennen zeigen eine charakteristische Plasmonenresonanz bei 650 Nanometern.Streumessungen einzelner Nanoantennen zeigen eine Resonanz bei derselben Wellenlänge, jedoch mit geringerer Breite. Dunkelfeldbilder der Probe zeigen beugungsbegrenzte Flecken mit einheitlicher roter Farbe, was darauf hinweist, dass die meisten Nanopatch-Antennen aufgrund der guten Größenhomogenität der hergestellten Nanowürfel sehr ähnliche Resonanzen aufweisen. Schließlich wird eine starke Fluoreszenzverstärkung der eingebetteten Cyanin-5-Farbstoffmoleküle beobachtet.Wenn man die Herstellungstechnik einmal beherrscht, kann sie bei korrekter Durchführung innerhalb von fünf Stunden abgeschlossen werden. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik Forschern auf den Gebieten der Nanophotonik und Plasmonik den Weg, um grundlegende angewandte Metallwechselwirkungen sowie potenzielle Anwendungen in einseitigen optoelektronischen Bauelementen zu erforschen, einschließlich Leuchtdioden, hochgradig effizienten Photoreflektoren und der Quanteninformationstechnologie. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Nanopatch-Antennen unter Verwendung kolloidal synthetisierter silberner Nanowürfel herstellt, um verbesserte Licht-Materie-Wechselwirkungen zu ermöglichen.

colloidal-synthesis-nanopatch-antennas-for-applications-plasmonics

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Plasmonic Pinzette und photonischen Kristall Nanostrukturen gezeigt, nützliche Verbesserungen in der Effizienz und Orientierung Kontrolle von optisch Trapping Mikro-und Nano-Partikel zu produzieren.

Nutzung von Plasmonic und Photonic Crystal Nanostrukturen für verbesserte Mikro-und Nanopartikel-Manipulation

Solution-suspendierbare Gold-Nanoröhrchen mit kontrollierter Dimensionen können durch elektrochemische Abscheidung in porösen anodischen Aluminiumoxid (AAO) Membranen mit einem hydrophoben Polymer-Kern synthetisiert werden. Gold-Nanoröhren und Nanoröhrchen-Arrays versprechen für Anwendungen in plasmonischen Biosensorik, surface-enhanced Raman-Spektroskopie, photo-thermische Heizung, ionischen und molekularen Transport, Mikrofluidik, Katalyse und elektrochemische Sensorik.

Template Gezielte Synthese von Plasmonic Gold-Nanoröhren mit einstellbaren IR Absorption

Silbernanodrähte können gleichzeitig Elektronen und optische Information in Form von Oberflächenplasmonen transportieren. Es wird hier ein Verfahren beschrieben, um eine solche gemeinsame Schaltung zu realisieren und die Grenzen bei der Ausbreitung beider Informationsträger zu bewerten.

Bewertung des plasmonischen Transports in stromführenden Silbernanodrähten

Eine einfache, robuste und skalierbare Technik, um auf Vorlage freie Substrate zu funktionalisieren und Selbstorganisation makroskopischer Nanopartikel-Liganden-Monoschichten wird in diesem Protokoll beschrieben.

Eine Technik, um auf Vorlage freie Substrate zu funktionalisieren und Selbstorganisation makroskopische Nanopartikel-Liganden-Monolayer Films

Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Synthese von magneto-Plasmonen-Nanopartikel mit einem starken magnetischen Moments und einer starken Nah-Infrarot (NIR)-Absorption. Das Protokoll schließt auch Antikörper-Konjugation in den Nanopartikeln durch die Fc-Teil für verschiedene biomedizinische Anwendungen, die Molekular spezifisches Targeting erforderlich.

Synthese von Immunotargeted Magneto-Plasmonen Nanocluster

Wir berichten über Protokolle zur "Polymerisation" verschiedener Arten von polymerverkapselten Metallnanopartikeln in lange Ketten von "Homo-" und "Co-Polymeren".

Verwendung Polystyrol-<em&gt; Block</em&gt; -Poly (Acrylsäure) beschichteten Metallnanopartikel als Monomere für ihre Homo- und Polymerisation

Die Synthese von einheitlichen Goldnanopartikeln, die mit Halbleiterschalen aus CdS oder ZnS beschichtet sind, wird durchgeführt. Die Halbleiterbeschichtung erfolgt durch die Abscheidung einer Silbersulfidhülle und den Austausch der Silberkationen gegen Zink- oder Cadmiumkationen.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Wir zeigen die Herstellung von periodischen gold Nanocup Arrays mit kolloidalen lithographischen Techniken und sprechen über die Bedeutung von Nanoplasmonic Filmen.

Herstellung von periodischen Gold Nanocup Arrays mit kolloidalen Lithographie

Ein Protokoll zur anisotropen Photodeposition von Pd auf wässolisch suspendierte Au-Nanostäbe über lokalisierte Oberflächenplasmonerregung wird vorgestellt.

Photodeposition von Pd auf kolloidale Au Nanostäbe durch Surface Plasmon Erregung

Hier wird ein Protokoll zur Synthese von Silber-Palladium (Ag-Pd) Legierung Nanopartikel (NPs) auf ZrO2 unterstützt (Ag-Pd/ZrO2). Dieses System ermöglicht die Gewinnung von Energie aus sichtbarer Lichtbestrahlung, um molekulare Transformationen zu beschleunigen und zu steuern. Dies wird durch die Nitrobenzolreduktion unter Lichtbestrahlung veranschaulicht, die von Ag-Pd/ZrO2 NPs katalysiert wird.

Herstellung von silber-palladiumlegierten Nanopartikeln zur Plasmonischen Katalyse unter sichtbarer Lichtbeleuchtung

Hier wird die Synthese von Gold (Au)-Samen mit der Turkevich-Methode beschrieben. Diese Seeds werden dann zur Synthese von Nanopartikeln aus Gold-Zinn-Legierung (Au-Sn) mit einstellbaren plasmonischen Eigenschaften verwendet.

Wässrige Synthese von plasmonischen Nanopartikeln aus Gold-Zinn-Legierungen

Erfahren Sie die kolloidale Synthese von Silbernanowürfeln zur Herstellung plasmonischer Nanopatch-Antennen mit sub-10-nm-Spalten. Diese Methode ermöglicht die Verstärkung von Fluoreszenz und kontrollierte Licht-Materie-Wechselwirkungen für nanophotonische Anwendungen.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics

Weitere Videos entdecken