Name: Colloïdal Synthèse de Nanopatch Antennes pour Applications dans plasmonique et nanophotonique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: Découvrez la synthèse colloïdale de nanocubes d'argent et la fabrication d'antennes nanopatch plasmoniques pour la nanophotonique. Cette méthode permet d'améliorer significativement la fluorescence et les interactions lumière-matière.

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Ce travail a été soutenu par le programme de recherche des jeunes chercheurs du Bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air (AFOSR, Grant. Non. FA9550-15-1-0301).

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<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>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Nanocubes d&#39;argent ont été chimiquement synthétisés en utilisant des conditions de réaction similaires à des synthèses précédemment rapportées. 2,12,17-20 Cette synthèse permet la fabrication de nanocubes ayant des longueurs latérales allant de 50 à 100 nm. Par exemple, une période typique de chauffage de 2,5 heures entraînera nanocubes avec des longueurs latérales de ~ 75 nm. Un temps de synthèse plus longue (&gt; 3 h) va conduire à de plus grandes nanoparticules, cependant, cela peut également entraîner des différentes formes telles que nanocubes ou octaèdres tronqués. La solution finale a été centrifugé et remis en suspension dans de l&#39; eau déminéralisée, et peut être stocké pendant au moins un mois dans un réfrigérateur à 4 ° C sans aucun changement notable dans les spectres de diffusion des résonances de plasmon. 12 La taille et la forme des nanocubes Ag du procédé présenté dans le protocole ci-dessus sont très sensibles au nettoyage du RBF, son capuchon et la barre d&#39;agitation, ainsi que la qualité de la solution EG. Nanoparticules avec différentes formes telles que des nanoparticules arrondies ou allongées est un signe qu&#39;il ya probablement un problème avec une de ces étapes de la synthèse. Il est donc conseillé que les étapes 1.1.1-1.1.4 et 1.2.1-1.2.2 sont d&#39;une importance cruciale. Sur la figure 4b , le spectre de diffusion ont été recueillies à partir d&#39; une seule antenne est représentée Nanopatch qui présente une résonance plasmonique forte à 650 nm. Une telle résonance indique un excellent confinement de mode dans la région de l&#39;écart entre le nanocube Ag et Au cinéma rendue possible par nanocubes de haute qualité. En outre, pour obtenir un tel spectre, il est également nécessaire que l&#39;échantillon est propre, les couches d&#39;espacement (couches de PE) ont une épaisseur uniforme, et que le film d&#39;Au sous-jacent est lisse. La résonance plasmonique forte est confirmée par les données présentées dans la figure 4c , où les antennes de Nanopatch individuelles peuvent être observées dans l&#39;image sombre sur le terrain et dans la figure 4d où grande fluorescenceOn observe l&#39;amélioration des molécules Cy5 situées dans la zone d&#39;intervalle. Il convient également de noter que les nanocubes Ag oxydent au cours du temps en dépit du revêtement PVP lorsqu&#39;il est exposé à l&#39;air et, par conséquent, il est recommandé que les mesures optiques doivent être effectuées le jour où l&#39;échantillon est préparé ou de 1 à 3 jours. Pour réduire au minimum l&#39;oxydation, il est recommandé que les échantillons d&#39;antenne Nanopatch être stockés sous vide ou dans l&#39;azote gazeux. La méthode présentée dans ce document permet la fabrication de nanocubes Ag et les antennes de Nanopatch plasmoniques avec des dimensions bien contrôlées en utilisant la synthèse colloïdale et un processus couche par couche de revêtement par immersion. Par rapport aux autres techniques telles que la lithographie par faisceau optique ou électronique, la technique présentée ici offre la possibilité de production à faible coût et à grande échelle, tout en produisant une étroite distribution de tailles de nanoparticules. Les antennes de Nanopatch plasmoniques présentées dans ce document tiennent aussi une grande promesse pournouveaux nanomatériaux par la conception présentant des propriétés uniques qui peuvent ne pas exister dans leurs homologues macroscopiques. En particulier, ces nanoantennas ont montré record fluorescence amélioration des molécules de colorant incorporés dépassant 30.000; 12 améliorations de taux d&#39;émission spontanée de 1000; ultra - rapide de l&#39; émission spontanée et le rendement quantique élevé 13,14 En outre., il a été montré que des émetteurs couplés à ces antennes présentent Nanopatch d&#39;émission hautement directionnel qui est essentiel pour les applications où le couplage à un détecteur externe ou d&#39;une fibre monomode est nécessaire. Les applications futures des antennes patch à l&#39; échelle nanométrique peuvent aller de dispositifs optoélectroniques ultrarapides, tels que des diodes électroluminescentes, à haute photodétecteurs d&#39;efficacité et de dispositifs photovoltaïques, de détection et de technologies quantiques de traitement de l&#39; information. 12-14

Au cours des dernières années, la synthèse colloïdale de nanoparticules et l&#39;assemblage de ceux - ci dans des structures avancées ont suscité de grands intérêts à la fois dans la recherche et le développement industriel. 1-4 synthèse colloïdal de nanoparticules présentent plusieurs avantages par rapport aux nanostructures lithographique fabriqués , y compris supérieure homogénéité de taille, à faible coût et de la possibilité de grande échelle, la production parallèle. Des nanoparticules métalliques tels que l&#39; argent (Ag) et l&#39; or (Au) peut supporter des polaritons de plasmons de surface localisés et ont la possibilité de confiner la lumière dans un volume beaucoup plus petit que la limite de diffraction. 1,3-5 L&#39;intensité de champ élevée résultante crée une améliorée locale densité d&#39;états permettant des interactions lumière-matière à être adaptée à l&#39;échelle nanométrique. Les efforts récents ont démontré des procédures pour synthétiser Ag et Au nanoparticules dans une large gamme de tailles et de formes, y compris les triangles, 4,6 cages, 3,4 et tiges4,7,8 en plus des nanocubes discutées ici. Nanostructures composés de plusieurs nanocomposants Ag ou Au ont également été fabriqués sur mesure Démonstrations de propriétés. 1,9-11 Ici, nous démontrons une procédure pour synthétiser nanocubes Ag et plus important encore, de coupler ces nanocubes Ag avec un film d&#39;Au sous-jacente pour former des antennes Nanopatch plasmoniques. La distance entre nanocubes Ag et le film Au peut être contrôlé avec une résolution ~ nm à l&#39;aide d&#39;une série de couches d&#39;espacement polyélectrolyte. Nous démontrons également comment incorporer un milieu actif, tel qu&#39;un colorant organique, dans les antennes Nanopatch plasmonique. En raison des champs électromagnétiques fortement confinés dans la région de l&#39; écart entre les nanocubes et le film Au, les antennes de Nanopatch peuvent être utilisés pour hautement amélioré la fluorescence et l&#39; émission spontanée des molécules de colorant incorporés. 12,13 Les méthodes présentées dans le présent document peuvent être généralisés pour les autres émetteurs, Such selon l&#39; état ​​solide des points quantiques colloïdaux 14 ou matériaux semi - conducteurs bidimensionnels, 15 et la résonance de plasmon peut être réglée sur une large plage spectrale en faisant varier la taille des nanocubes ou le vide.

<table><tbody><tr><td colspan="4"><fort>réactifs</fort></td></tr><tr><td>Éthylène glycol&nbsp ;</td><td>J.T. Baker</td><td>9300</td><td>Doit être hydraté</td></tr><tr><td>d’hydrosulfure de sodium anhydre&nbsp ; &nbsp ;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>161527</td><td></td></tr><tr><td>Poly vinylpyrrolidone&nbsp ;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>856568</td><td></td></tr><tr><td>Acide hydrochrorique BDH ARISTAR PLUS</td><td>VWR International</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>Trifluoroacétate d’argent&nbsp ;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>482307</td><td>Stocker dans un endroit sombre</td></tr><tr><td>Acétone</td><td>Sigma Aldrich</td><td>48358</td><td></td></tr><tr><td>Acide nitrique</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7697-37-2</td><td>concentré (70 %), pour le nettoyage</td></tr><tr><td>Chlorhydrate de poly(allylamine) (HAP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>283215</td><td></td></tr><tr><td>Sulfonate de polystyrène&nbsp ; (PSS)</td>Chlorure <td>de sodium 561223</td><td></td> <td>Sigma-Aldrich</td></tr><tr><td>&nbsp ;</td><td>Macron Inc.</td><td>7647</td><td></td></tr><tr><td>Acide carboxylique sulfo-cyanine5 (Cy5)</td><td>Lumiprobe</td><td>13390</td><td>Colorant fluorescent (poids moléculaire : 664,76 g/mol)</td></tr><tr><td colspan="4">Equipements</td></tr><tr><td>Plaque d’agitation avec contrôle de température</td><td>VWR International</td><td>89000-338</td><td></td></tr><tr><td>Mélangeurs Vortex</td><td>VWR International</td><td>10153-834</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifugeuse</td><td>Fluide silicone</td><td>modèle thermoscientifique 59A</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>63148-62-9</td><td></td></tr><tr><td>Micro-scale</td><td>Mettler Toledo</td><td>Modèle ML 104/03</td><td></td></tr><tr><td>Évaporateur à faisceau d’électrons métallique&nbsp ;</td><td>Évaporateur à faisceau d’électrons</td> <td>CHA Industries</td><td>Situé à l’intérieur d’une salle blanche</td></tr><tr><td>Lames de verre pré-nettoyées</td><td>Schott North America, Inc.</td><td>Verre Nexterion B&nbsp ;</td><td>Salle blanche pré-nettoyée</td></tr><tr><td>Fiole à fond rond 24/40 de 25 ml</td><td>VWR International</td><td>60002-290</td><td></td></tr><tr><td>Barre d’agitation magnétique</td><td>VWR International</td><td>58948-116</td><td></td></tr><tr><td>Micropipettes (1&ndash ; 10&nbsp ; ml, 10 po ; 100&nbsp ; ml et 100&ndash ; 1 000&nbsp ; ml)</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bain de nettoyage par ultrasons</td><td>Branson</td><td>Ultrasonic Modèle 1510R-DTH</td><td></td></tr><tr><td>Chronomètre</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf Tubes de centrifugation (1,5&nbsp ; ml)</td><td>VWR International</td><td>22364111</td><td></td></tr><tr><td>Tubes coniques en poly(propylène) (50&nbsp ; </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td></td><td></td> à fond clair/noir <td>75 W Source de lumière blanche au xénon de 75 W, Nikon BF/DF 50X ELWD 0,55 NA, objectif WD 8,2 mm, appareil photo numérique Nikon D90, spectromètre Acton 2300i, appareil photométrique CoolSnap HQ appareil à couplage de charge (CCD)</td></tr><tr><td>appareil photo laser He Ne (633&nbsp ; nm), 5&nbsp ; mW</td><td>Newport Corp.</td><td>R-30990</td><td></td></tr><tr><td>Réflectance standard</td><td>Lab Sphere</td><td>Modèle SRS-99-010</td><td></td></tr><tr><td>Filtre laser passe-long 633&nbsp ; nm</td><td>Semrock</td><td>LP02-633RU-25</td><td></td></tr></tbody></table>

colloïdal synthèse de nanopatch antennes pour applications dans plasmonique et nanophotonique

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

Nous présentons un procédé de synthèse colloïdale de nanocubes d&#39;argent et l&#39;utilisation de ceux-ci en combinaison avec un film d&#39;or lisse, pour fabriquer plasmoniques antennes patch nanométrique. Cela comprend une procédure détaillée pour la fabrication de films minces d&#39;une épaisseur bien contrôlée sur des zones macroscopiques en utilisant un dépôt de couche par couche de polymères polyélectrolytes, à savoir le poly (allylamine) (PAH) et le polystyrène sulfonate (PSS). Ces couches de polyélectrolyte d&#39;écartement servent d&#39;interstice diélectrique entre nanocubes d&#39;argent et une couche d&#39;or. En contrôlant la taille des nanocubes ou l&#39;épaisseur de la fente, la résonance de plasmon peut être réglée entre environ 500 nm à 700 nm. Ensuite, nous montrons comment incorporer un acide carboxylique (Cy5) des molécules de colorant sulfo-organiques cyanine5 dans la zone d&#39;intervalle de polymère diélectrique des antennes Nanopatch. Enfin, nous montrons grandement amélioré la fluorescence des colorants Cy5 en faisant correspondre spectralement la résonance plasmonique avec l&#39;énergie d&#39;excitation et til Cy5 pic d&#39;absorption. La méthode présentée ici permet la fabrication d&#39;antennes de Nanopatch plasmoniques avec des dimensions bien contrôlées en utilisant la synthèse colloïdale et un processus couche par couche de revêtement par immersion avec le potentiel de faible coût et de production à grande échelle. Ces antennes Nanopatch sont très prometteurs pour des applications pratiques, par exemple dans la détection, des dispositifs optoélectroniques ultrarapides et photodétecteurs à haute efficacité.

Ici, nous montrons les résultats représentatifs des caractéristiques des antennes Nanopatch plasmoniques, y compris des images au MEB de la structure des échantillons, un spectre de réflexion d&#39;un ensemble d&#39;antennes Nanopatch et un spectre de diffusion à partir d&#39;une antenne unique Nanopatch. L&#39;énergie de la résonance plasmon des antennes Nanopatch dépend de la taille des nanocubes, l&#39;épaisseur de la région d&#39;espacement diélectrique, soit le nombre de couches de PE, ainsi que le matériau diélectrique. Dans le mode opératoire présenté ci-dessus, nous avons obtenu nanocubes Ag avec une longueur de côté moyenne de 75 nm et des angles légèrement arrondis (rayon de courbure ~ 10 nm) enrobé dans une couche de PVP ayant une épaisseur d&#39;environ 1 à 3 nm. En combinaison avec les 5 couches PE et un film d&#39;or, ce résultat dans une résonance plasmon centrée à ~ 650 nm avec une pleine largeur au demi-hauteur (FWHM) de ~ 50 nm. Cela a un bon chevauchement spectral avec la longueur d&#39;onde d&#39;absorption et d&#39;émission de til Cy5 molécules qui est centrée à 646 et 662 nm, respectivement. La figure 3A montre une image MEB d&#39;un échantillon avec une concentration élevée de nanocubes. Ces nanocubes ont été déposées sur le dessus d&#39;un film de Au avec 5 couches de PE. Ces images MEB sont utilisés pour vérifier la qualité globale de la synthèse de nanocube; cependant, ces exemples ne sont pas utilisées pour d&#39;autres mesures que la densité optique des nanocubes est trop élevée. En outre, en raison de la densité élevée, certains nanocubes ne mentent pas sur la surface qui est essentiel pour former la structure d&#39;antenne Nanopatch plasmonique. La figure 3B montre une image MEB d&#39;un échantillon de nanocubes fabriqué en utilisant une solution de nanocube qui ont été dilués par un facteur de 1/10. Cet échantillon est utilisé pour les mesures où la réflectivité de la lumière blanche à partir d&#39;un ensemble d&#39;antennes Nanopatch a été mesurée pour déterminer larésonance plasmonique dans son ensemble. La figure 3C montre une image MEB d&#39;un échantillon de nanocubes fabriqué en utilisant une solution de nanocube qui ont été dilués par un facteur de 1/100. Cet échantillon est utilisé pour les mesures de diffusion d&#39;une antenne de Nanopatch individuelle. En utilisant la solution de nanocube diluée permet antennes Nanopatch individuelles pour être spatialement isolé à un plan d&#39;image en utilisant un petit trou. La figure 4A montre un spectre de réflexion, après normalisation avec le fond de la lumière blanche, mesurée à partir d&#39; un échantillon similaire à celui représenté dans l&#39;image MEB de la figure 3B. La figure 4B montre un spectre de diffusion à partir d&#39; une antenne unique Nanopatch similaire à l&#39;échantillon représenté sur la image SEM de la figure 3C. La figure 4C montre une image de champ sombre d&#39;un échantillon d&#39;antenne Nanopatch (préparé par un dixième0 solution nanocube diluée dispersé sur un film d&#39;or avec 5 PE couches) prise par un appareil photo numérique Nikon D90. Les points rouges lumineux observés sont dus à la diffusion de la lumière blanche des antennes de Nanopatch individuelles. Quelques taches sont observées pour avoir des couleurs autres que le rouge, ce qui est un résultat de nanocubes avec différentes tailles plus grandes ou des nanoparticules de forme non cubique. La figure 4D montre deux spectres de fluorescence, une mesure d&#39;une antenne Nanopatch unique ( à partir d&#39; un échantillon similaire à celui représenté sur la figure 3C) et l&#39;autre à partir d&#39; un échantillon témoin constitué d&#39;une lame de verre ayant le même nombre de couches de PE et la densité de Cy5 des molécules de colorant. L&#39;intensité de fluorescence des molécules Cy5 couplées à l&#39;antenne de Nanopatch est beaucoup plus forte que sur la lame de verre. Cela résulte d&#39;un taux d&#39;excitation amélioré ainsi qu&#39;un diagramme de rayonnement modifié et une plus grande efficacité quantique des molécules de colorant. 1<html> 2 Après correction de la fluorescence de fond et de normalisation par unité de surface en divisant l&#39;aire sous la nanocube avec la taille du spot d&#39;excitation, 12 on obtient un facteur d&#39;accroissement de ~ 12.000 à partir des données présentées dans la figure 4D. Ce facteur d&#39;amélioration est plus faible par rapport à la valeur précédemment déclarée de 30.000 12 probablement en raison de l&#39;utilisation d&#39;une Au lieu d&#39; un film Ag, ce qui augmente les pertes non radiatives. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig1.jpg" /> Figure 1. Configuration de l&#39; équipement pour la synthèse de nanocube Ag. (A) Une photographie de l&#39;installation de l&#39; équipement montrant le bain de chauffage au - dessus de la plaque de cuisson en remuant avec contrôle de la température. (B) Un gros plan du ballon à fond rond (RBF) contenant la solution de nanocube lors de la synthèse. L&#39;installation est située dans une hotte avec une ventilation de l&#39;air.tp: //www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig2.jpg" /> Figure 2. Images de la solution de nanocube. (A) solution Nanocube après la synthèse de 2,5 h et (B) après le transfert dans des tubes plus petits et remis en suspension dans de l&#39;eau déminéralisée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure .</a> <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" width="700" /> Figure 3. SEM caractérisations de nanocubes Ag. (A) de l&#39; image SEM d&#39;un échantillon de nanocube concentré, (B) une dilution (1/10)échantillon nanocube, et (C) une dilution (1/100) de l&#39; échantillon de nanocube. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" width="700" /> Figure 4. caractérisations optiques des antennes Nanopatch. (A) du spectre de réflexion mesuré à partir Normalisée d&#39; un ensemble d&#39;antennes de Nanopatch (solution nanocube non diluée). (B) spectre de diffusion à partir d&#39; une antenne unique Nanopatch (1/100 de la solution diluée nanocube). (C) de l&#39; image sur fond noir d&#39;un échantillon d&#39;antenne Nanopatch (1/100 de la solution diluée nanocube) prises sous un éclairage de lumière blanche. Chaque point rouge vif correspond à une antenne Nanopatch plasmonique individuelle. (D) à partir de la fluorescence des molécules de colorant Cy5 intégrerded dans une antenne Nanopatch (ligne rouge solide) par rapport à celle d&#39;une lame de verre avec une concentration identique de colorants Cy5 (ligne noire en pointillés). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>

Un protocole pour la synthèse colloïdale de nanocubes d&#39;argent et la fabrication de plasmoniques antennes patch à l&#39;échelle nanométrique avec des sous-10 nm lacunes est présenté.

Colloïdal Synthèse de Nanopatch Antennes pour Applications dans plasmonique et nanophotonique

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 ...

L'objectif général de cette procédure expérimentale est de démontrer une technique permettant de fabriquer des antennes en nanopatch capables de générer des interactions lumière-matière sur mesure, telles qu'une fluorescence fortement amplifiée. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de la nanophotonique et de la plasmonique, notamment sur la manière d'obtenir un fort renforcement de la fluorescence et de contrôler d'autres processus secondaires associés. Le principal avantage de cette technique réside dans sa capacité à permettre la fabrication à grande échelle de nanoantennes, avec un contrôle de la taille des caractéristiques critiques à l'échelle du nanomètre unique.La démonstration de cette procédure sera assurée par Thang Hoang, chercheur postdoctoral, et Jiani Huang, étudiante diplômée de mon laboratoire. Commencez la procédure de synthèse en plongeant un ballon à fond rond nettoyé dans le bain chauffant, d'environ 10 mm de profondeur dans le liquide. Ensuite, utilisez une micropipette pour ajouter 10 mL de glycol éthylène, ou EG, dans le ballon à fond rond.Mettre le bouchon sur le flacon et attendre 20 minutes. L'objectif de cette étape est de nettoyer le flacon avec l'EG. Après 20 minutes, retirer le bouchon, puis sortir le flacon à fond rond du bain chauffant. Retirer tout le serre-film, car la solution d'EG est chaude.Verser les 10 mL d'EG dans un contenant d'élimination, en veillant à ce que le barreau aimanté ne tombe pas. Remettre le flacon dans le bain chauffant. Utiliser une micropipette pour ajouter 5 mL d'EG dans le flacon et remettre le bouchon.Après avoir attendu 5 minutes, retirez le bouchon et utilisez une micropipette pour ajouter 60 microlitres d'hydrosulfure de sodium hydraté dans le flacon. Remettez le bouchon en place et attendez deux minutes. Après deux minutes, retirez le bouchon et utilisez une micropipette pour ajouter 500 microlitres de la solution d'acide chlorhydrique dans le flacon.Immédiatement, utilisez une micropipette pour ajouter 1,25 mL de la solution de PVP dans le flacon avant de remettre le bouchon en place et d'attendre deux minutes. Après avoir retiré le bouchon, utilisez une micropipette pour introduire 400 microlitres de la solution de trifluoroacétate d'argent dans le flacon, puis remettez le bouchon. Attendez 2,5 heures.Les nanocubes d'argent se forment au cours de cette étape. Pendant toute cette période, réduisez la lumière de la pièce au minimum. Au bout de 2,5 heures, éteignez le chauffage, mais laissez la agitation en marche afin d'éviter que le liquide ne brûle au fond.Utilisez la pince pour soulever le ballon au-dessus du bain chauffant, puis retirez le bouchon. Ensuite, retirez le ballon du bain chauffant afin qu'il refroidisse plus rapidement. Après environ 20 minutes, ajoutez 5 mL d'acétone dans le ballon.Vortexez pour bien mélanger les solutions. Au final, le volume total de la solution est de 12 mL. À l’aide d’une micropipette, transférez la solution finale dans huit petits tubes en plastique de 1,5 mL.Centrifuger ces huit tubes à une vitesse de 5 150 G pendant dix minutes. En conséquence, tous les nanocubes d'argent se retrouvent au fond des tubes. Utiliser une micropipette pour éliminer le surnageant supérieur, en laissant environ 100 microlitres au fond de chaque tube.Ensuite, ajoutez 1 mL d'eau déionisée dans chacun de ces tubes. Vortexez et soniquez les tubes. Les nanocubes sont maintenant en suspension dans de l'eau principalement déionisée.Répétez une fois de plus l'étape de centrifugation et de resuspension. Déposez d'abord une couche de polyalléylamine hydrochlorure, ou PAH, en immergeant le film d'or dans une solution de PAH pendant cinq minutes. Cela donne une couche de PAH en surface du film d'or d'une épaisseur d'environ 1 nanomètre.Après cinq minutes, rincez le film d'or à l'aide d'eau déionisée propre. Une couche unique de PAH est désormais présente sur le film d'or. Ensuite, immergez le film d'or portant la couche unique de PAH dans une solution de chlorure de sodium pendant une minute.Ensuite, immergez la couche d'or avec la couche unique de PAH dans une solution de polystyrène sulfonate, ou PSS, pendant cinq minutes. Cela conduit à la formation d'une couche de PSS d'une épaisseur d'environ 1 nanomètre au-dessus de la couche de PAH. Poursuivez ce processus afin de déposer un total de cinq couches de polyelectrolyte sur la couche d'or.Déposez par goutte 100 microlitres d'une solution de cyanine-5 à 25 micromolaire sur la surface de l'échantillon. Ensuite, placez une lame couvre-objet propre au-dessus de la goutte de solution. Les molécules de cyanine-5 s'incorporeront uniformément dans les couches supérieures de polyelectrolyte.Après dix minutes, rincez l'échantillon avec de l'eau déionisée, puis séchez-le à l'aide d'un gaz azote pur. Pour former des antennes en nanopatch, diluez la solution de nanocubes préparée 100 fois en utilisant de l'eau déionisée, afin de permettre l'étude optique d'antennes en nanopatch individuelles. Utilisez une micropipette pour déposer une goutte de 20 microlitres de la solution de nanocubes diluée sur une lame de couverture propre.Placer l'échantillon en contact avec la lame couvre-objet pendant deux minutes. Par conséquent, les nanocubes d'argent sont immobilisés sur la couche terminale supérieure de PAH, car les nanocubes synthétisés ici sont chargés négativement, tandis que la couche supérieure de PAH est chargée positivement. Après deux minutes, rincer l'échantillon avec de l'eau déionisée et le sécher à l'aide d'azote pur.On voit ici des images représentatives de microscopie électronique à balayage de nanocubes d'argent obtenues par cette procédure. Dans ce cas, l'échantillon a été préparé à l'aide d'une solution de nanocubes non diluée. Alors que l'échantillon a été dilué dix et cent fois dans ces images.Dans tous les cas, on observe des nanocubes de taille relativement uniforme, caractérisés par des coins nets, avec un rayon de courbure d'environ 10 nanomètres. On présente ici des caractérisations optiques représentatives des antennes nanopatch finales intégrant des molécules de colorant cyanine-5. Les mesures de réflexion d'un ensemble d'antennes nanopatch montrent une résonance plasmonique caractéristique à 650 nanomètres.Les mesures de diffusion d'antennes nanométriques individuelles présentent une résonance à la même longueur d'onde, mais avec une largeur plus étroite. Les images en champ sombre de l'échantillon montrent des taches limitées par la diffraction, de couleur rouge uniforme, indiquant que la plupart des antennes nanopatch ont des résonances très similaires en raison de l'excellente homogénéité de taille des nanocubes fabriqués. Enfin, on observe un fort renforcement de la fluorescence des molécules de colorant cyanine-5 intégrées.Une fois maîtrisée, cette technique de fabrication peut être réalisée en cinq heures si elle est correctement exécutée. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans les domaines de la nanophotonique et de la plasmonique pour explorer les interactions fondamentales entre les métaux appliqués et leurs applications potentielles dans les dispositifs optoélectroniques en surface, notamment les diodes électroluminescentes, les photoréflecteurs à haute efficacité et la science de l'information quantique. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication d'antennes nanopatch utilisant des nanocubes d'argent synthétisés en milieu colloïdal afin de permettre des interactions lumière-matière améliorées.

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