Name: Fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 6 s
Description: Découvrez la fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser. Cette méthode simple et peu énergivore utilise des polymères fonctionnels aux propriétés optiques et électriques.

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1. Protocoles de fabrication des microsphères polymères <ol><li> Méthode de diffusion de vapeur <ol><li> Dissoudre 2 mg de polymères conjugués, tels que P1 (poly [(9,9-dioctylfluorène-2,7-diyl) - alt - (5-octylthiéno [3,4- c ] pyrrole-4,6-dione-1, 3-diyle)]) 28 et P2 (poly [(N- (2-heptylundécyl) carbazole-2,7-diyl) - alt - (4,8-bis [(dodécyl) carbonyl] benzo [1,2- b : 4,5- b &#39;] dithiophène-2,6-diyle)]) 28 , dans 2 ml de chloroforme (un bon solvant) dans un flacon de 5 ml. </li><li> Mettre 5 mL de methanol (un mauvais solvant) dans un flacon de 50 mL. </li><li> Mettez le flacon de 5 ml contenant la solution de chloroforme du polymère dans le flacon de 50 ml contenant du methanol. </li><li> Tirez le flacon de 50 ml et conservez-le pendant 3 jours à 25 ° C pour permettre la précipitation des microsphères polymères. </li></ol></li><li> Méthode de mini-émulsion <ol><li> Dissoudre 5 mg de polymères conjugués, tels que polY [9,9-di-n-octylfluorényl-2,7-diyl] (PFO) et le poly [2-méthoxy-5- (3 &#39;, 7&#39;-diméthyloctyloxy) -1,4-phénylènevinylène] (MDMOPPV) Dans 1 ml de chloroforme. </li><li> Dissoudre 30 mg (~ 50 mM) de dodécylsulfate de sodium (SDS) dans 2 ml d&#39;eau désionisée. </li><li> Ajouter 100 μL de la solution de chloroforme du polymère à 2 ml d&#39;eau contenant du SDS. </li><li> Mélanger vigoureusement le mélange chloroforme / eau à l&#39;aide d&#39;un homogénéisateur ultra-rapide à 30 000 tr / min pendant 2 minutes pour émulsifier la solution. </li><li> Gardez-le pendant 1 jour sans recouvrir le flacon pour évaporer le chloroforme. </li><li> Centrifuger la dispersion dans un tube de microcentrifugeuse de 1,5 mL pendant 5 min à 2 200 x g. Enlever la solution aqueuse surnageante contenant du SDS. </li><li> Ajouter 2 ml d&#39;eau désionisée et agiter vigoureusement. </li><li> Répétez l&#39;étape 1.2.6 et 1.2.7 trois fois pour laver le SDS résiduel. </li></ol></li><li> Interface Méthode de précipitation </li><li> Dissoudre 200 μg de polystyrène (PS) et 10 μG de colorant fluorescent (dipyrrine de bore, BODIPY) à 0,2 ml de tétrahydrofuranne (THF). </li><li> Verser délicatement la solution de THF sur 1 ml de la couche d&#39;eau. </li><li> Garder le THF / eau séparé à deux couches pendant 6 h sans recouvrir le flacon pour permettre la précipitation des microsphères polymères. </li></ol> 2. Mesure de micro-photoluminescence (μ-PL) <ol><li> La préparation des échantillons <ol><li> Diluer une suspension des microsphères préparées dans la section 1 dans un non-solvant ( c.-à-d. Méthanol ou eau désionisée). </li><li> Mélanger une goutte (20-30 μL) de la suspension diluée des microsphères sur un substrat en quartz en utilisant un centrifugeuse (généralement, 2 000 tr / min pendant 50 s). </li><li> Sécher à l&#39;air le film coulé résultant jusqu&#39;à ce que les solvants se soient complètement évaporés (~ 5 min). </li></ol></li><li> Montage expérimental <ol><li> Mettez le substrat de quartz (15 x 15 x 0,5 mm 3 ) sur l&#39;étage d&#39;échantillonnage d&#39;un micr. OptiqueOscope. </li><li> Trouver des microsphères bien définies qui sont isolées d&#39;autres sphères et appropriées pour la mesure μ-PL. </li><li> Sélectionnez un laser ( c&#39;est-à-dire une longueur d&#39;onde, une onde continue ou une impulsion, un temps d&#39;irradiation, une intégration, etc. ). </li><li> Sélectionnez le grossissement de l&#39;objectif. </li></ol></li><li> Des mesures <ol><li> Utilisez un faisceau laser focalisé pour irradier la microsphère. Utilisez la condition laser suivante: laser cw ou pulsé avec des longueurs d&#39;onde d&#39;excitation ( λ ex ) de 405 nm (cw), 450 nm (cw), 355 nm (laser à impulsions, fréquence, 1 kHz, durée d&#39;impulsion, 7 ns) et 470 Nm (laser à impulsions, fréquence, 2,5 MHz, durée d&#39;impulsion, 70 ps). </li><li> Enregistrez le spectre PL au point excité à l&#39;aide d&#39;un spectromètre avec un réseau de 300 ou 1 200 rainures mm -1 . </li><li> Prenez une image fluorescente. </li><li> Changez le point d&#39;excitation en déplaçant l&#39;étage d&#39;échantillonnage. </li><li> Changer le point de détection en inclinant le collimateur(si nécessaire). </li></ol></li></ol> 3. Technique de micromanipulation <ol><li> Manipulation des microsphères <ol><li> Mettre un substrat en quartz sur lequel les microsphères sont immobilisées sur l&#39;étape d&#39;échantillonnage d&#39;un microscope optique. </li><li> Trouvez une microsphère bien définie appropriée pour la mesure μ-PL. </li><li> Mettre une micro-aiguille en plastique sur un appareil de micro-manipulation. </li><li> Déplacez la micro-aiguille à l&#39;aide d&#39;un joystick contrôlé par ordinateur pour récupérer une microsphère. </li><li> Déplacez la microsphère et connectez-la à une autre microsphère. </li><li> Mesurer le μ-PL de la microsphère connectée. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Ford, W. T., Chandran, R., Turk, H. <a target="_blank" href="https://www.iupac.org/publications/pac/60/3/0395/index.html">Catalysts Supported on Polymer Colloids.</a> Pure Appl. Chem. 60 (3), 395-400 (1988).</li>
<li>Chen, C. -W., Chen, M. -Q., Serizawa, T., Akashi, M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/1998/CC/A800203G#!divAbstract">In Situ Synthesis And the Catalytic Properties of Platinum Colloids on Polystyrene Microspheres with Surface-Grafted Poly(N-isopropylacrylamide).</a> Chem. Commun. , 831-832 (1998).</li>
<li>Suzuki, K., Yumura, T., Mizuguchi, M., Tanaka, Y., Chen, C. -W., Akashi, M. <a target="_blank" href="http://jglobal.jst.go.jp/en/public/20090422/200902160713409722">Poly(N-isopropylacrylamide)-Grafted Silica as a Support of Platinum Colloids: Preparation Method, Characterization, and Catalytic Properties in Hydrogenation.</a> J. Appl. Polym. Sci. 77, 2678-2684 (2000).</li>
<li>Zhang, S., Chen, L., Zhou, S., Zhao, D., Wu, L. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm1002274">Facile Synthesis of Hierarchically Ordered Porous Carbon via in Situ Self-Assembly of Colloidal Polymer and Silica Spheres and Its Use as a Catalyst Support.</a> Chem. Mater. 22, 3433-3440 (2010).</li>
<li>Kataoka, K., Harada, A., Nagasaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Block+Copolymer+Micelles+for+Drug+Delivery%3A+Design+Characterization+And+Biological+Significance%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">Block Copolymer Micelles for Drug Delivery: Design Characterization And Biological Significance.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 47, 113-131 (2001).</li>
<li>Otsuka, H., Nagasaki, Y., Kataoka, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EGylated+Nanoparticles+for+Biological+And+Pharmaceutical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">EGylated Nanoparticles for Biological And Pharmaceutical Applications.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 55, 403-419 (2003).</li>
<li>Nishiyama, N., Kataoka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+State%2C+Achievements%2C+And+Future+Prospects+of+Polymeric+Micelles+as+Nanocarriers+for+Drug+and+Gene+Delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Ther%22%5BJournal%5D)">Current State, Achievements, And Future Prospects of Polymeric Micelles as Nanocarriers for Drug and Gene Delivery.</a> Pharmacol. Ther. 112, 630-648 (2006).</li>
<li>Velev, O. D., Kaler, E. W. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la981729c">In Situ Assembly of Colloidal Particles into Miniaturized Biosensors.</a> Langmuir. 15 (11), 3693-3698 (1999).</li>
<li>Techawanitchai, P., Yamamoto, K., Ebara, M., Aoyagi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Design+with+Self-Heating+Smart+Polymers+for+On-Off+Switchable+Traps%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Technol.+Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Surface Design with Self-Heating Smart Polymers for On-Off Switchable Traps.</a> Sci. Technol. Adv. Mater. 12, 044609(2011).</li>
<li>Lange, U., Roznyatovskaya, N. V., Mirsky, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conducting+Polymers+in+Chemical+Sensors+And+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Conducting Polymers in Chemical Sensors And Arrays.</a> Anal. Chim. Acta. 614, 1-26 (2008).</li>
<li>Rajesh, T., Kumar, D. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/257938771_Recent_progress_in_the_development_of_nano-structured_conducting_polymersnanocomposites_for_sensor_applications">Recent Progress in the Development of Nano-Structured Conducting Polymers/Nanocomposites for Sensor Applications.</a> Sens. Actuators B. 136, 275-286 (2009).</li>
<li>Wu, C., Szymanski, C., Cain, Z., McNeill, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Dots+for+Multiphoton+Fluorescence+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Dots for Multiphoton Fluorescence Imaging.</a> J. Am. Chem. Soc. 129, 12904-12905 (2007).</li>
<li>Feng, L., Zhu, C., Yuan, H., Liu, L., Lv, F., Wang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Nanoparticles%3A+Preparation%2C+Properties%2C+Functionalization+And+Biological+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Nanoparticles: Preparation, Properties, Functionalization And Biological Applications.</a> Chem. Soc. Rev. 42, 6620-6634 (2013).</li>
<li>Pecher, J., Mecking, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticles+of+Conjugated+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Nanoparticles of Conjugated Polymers.</a> Chem. Rev. 110, 6260-6279 (2010).</li>
<li>McGehee, M. D., Heeger, A. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-4095(200011)12:22%3C1655::AID-ADMA1655%3E3.0.CO;2-2/abstract">Semiconducting (Conjugated) Polymers as Materials for Solid-State Lasers.</a> Adv. Mater. 12, 1655-1668 (2000).</li>
<li>Samuel, I. D. W., Turnbull, G. A. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17385928">Organic Semiconductor Lasers.</a> Chem. Rev. 107, 1272-1295 (2007).</li>
<li>Kuehne, A. J. C., Gather, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+Lasers%3A+Recent+Developments+on+Materials%2C+Device+Geometries%2C+and+Fabrication+Techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Organic Lasers: Recent Developments on Materials, Device Geometries, and Fabrication Techniques.</a> Chem. Rev. 116, 12823-12864 (2016).</li>
<li>Furumi, S., Kanai, T., Sawada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widely+Tunable+Lasing+in+a+Colloidal+Crystal+Gel+Film+Permanently+Stabilized+by+an+Ionic+Liquid%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Widely Tunable Lasing in a Colloidal Crystal Gel Film Permanently Stabilized by an Ionic Liquid.</a> Adv. Mater. 23, 3815-3820 (2011).</li>
<li>Mikosch, A., Ciftci, S., Kuehne, A. J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+Crystal+Lasers+from+Monodisperse+Conjugated+Polymer+Particles+via+Bottom-Up+Coassembly+in+a+Sol-Gel+Matrix%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Colloidal Crystal Lasers from Monodisperse Conjugated Polymer Particles via Bottom-Up Coassembly in a Sol-Gel Matrix.</a> ACS Nano. 10, 10195-10201 (2016).</li>
<li>Oraevsky, A. N. Whispering-Gallery Waves. Quant Electron. 32 (5), 377-400 (2002).</li>
<li>Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/pj/journal/v48/n11/full/pj201681a.html">Spherical Resonators from π-Conjugated Polymers.</a> Polym. J. 48, 1045-1050 (2016).</li>
<li>Adachi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spherical+Assemblies+from+%CF%80+-Conjugated+Alternating+Copolymers%3A+Toward+Optoelectronic+Colloidal+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Spherical Assemblies from π -Conjugated Alternating Copolymers: Toward Optoelectronic Colloidal Crystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 135, 870-876 (2013).</li>
<li>Tong, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/py/c4py00023d#!divAbstract">Tetramethylbithiophene in π-Conjugated Alternating Copolymers as an Effective Structural Component for the Formation of Spherical Assemblies.</a> Polym. Chem. 5, 3583-3587 (2014).</li>
<li>Tabata, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Conjugated+Polymer+Spheres+as+Fluorescent+Microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Conjugated Polymer Spheres as Fluorescent Microresonators.</a> Sci. Rep. 4, 5902(2014).</li>
<li>Kushida, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.macromol.5b00707">Whispering Gallery Resonance from Self-Assembled Microspheres of Highly Fluorescent Isolated Conjugated Polymers.</a> Macromolecules. 48, 3928-3933 (2015).</li>
<li>Kushida, S., Braam, D., Lorke, A., Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4938854">Whispering Gallery Mode Photoemission From Self-Assembled Poly-Paraphenylenevinylene Microspheres.</a> AIP Conf. Proc. ICCMSE. 1702, 090046(2015).</li>
<li>Braam, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optically+Induced+Mode+Splitting+in+Self-Assembled%2C+High+Quality-Factor+Conjugated+Polymer+Microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Optically Induced Mode Splitting in Self-Assembled, High Quality-Factor Conjugated Polymer Microcavities.</a> Sci. Rep. 6, 19635(2016).</li>
<li>Kushida, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Blend+Microspheres+for+Efficient+Long-Range+Light+Energy+Transfer%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Blend Microspheres for Efficient Long-Range Light Energy Transfer.</a> ACS Nano. 10, 5543-5549 (2016).</li>
<li>Kushida, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/RA/c6ra10662e#!divAbstract">Self-Assembled Polycarbazole Microspheres as Single-Component, White-Colour Resonant Photoemitters.</a> RSC Adv. 6, 52854-52857 (2016).</li>
<li>Aikyo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.journal.csj.jp/doi/abs/10.1246/cl.160504">Enwrapping Conjugated Polymer Microspheres with Graphene Oxide Nanosheets.</a> Chem. Lett. 45, 1024-1026 (2016).</li>
<li>Landfester, K., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-4095(20020503)14:9%3C651::AID-ADMA651%3E3.0.CO;2-V/abstract">Semiconducting Polymer Nanospheres in Aqueous Dispersion Prepared by a Miniemulsion Process.</a> Adv. Mater. 14, 651-655 (2002).</li>
<li>Okada, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Color-Tunable+Resonant+Photoluminescence+and+Cavity-Mediated+Multistep+Energy+Transfer+Cascade%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Color-Tunable Resonant Photoluminescence and Cavity-Mediated Multistep Energy Transfer Cascade.</a> ACS Nano. 10, 7058-7063 (2016).</li>
<li>Pecher, J., Mecking, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticles+of+Conjugated+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Nanoparticles of Conjugated Polymers.</a> Chem. Rev. 110, 6260-6279 (2010).</li>
<li>Gather, M. C., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v5/n7/full/nphoton.2011.99.html">Single-Cell Biological Lasers.</a> Nat. Photon. 5, 406-410 (2011).</li>
<li>Schubert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lasing+within+Live+Cells+Containing+Intracelluler+Optical+Microresonators+for+Barcode-Type+Cell+Tagging+and+Tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Lasing within Live Cells Containing Intracelluler Optical Microresonators for Barcode-Type Cell Tagging and Tracking.</a> Nano Lett. 15, 5647-5652 (2015).</li>
</ol>

Les auteurs déclarent une absence d&#39;intérêts financiers en compétition.

Le choix d’un bon solvant et d’un bon non-solvant est très important pour l’auto-assemblage de microsphères bien définies. Si la solubilité d’un polymère est trop élevée, il n’y aura pas de précipitation. De plus, en général, les polymères π-conjugués sont hydrophobes, de sorte que les non-solvants polaires, tels que le MeOH, l’acétonitrile et l’acétone, sont souvent utilisés dans la méthode de diffusion de vapeur pour minimiser l’énergie de surface nécessaire pour former une forme sphérique. La méthode de précipitation ...

Les particules de polymère nano / micro-taille sont largement utilisées pour diverses applications, y compris comme support de catalyseur, charges de chromatographie en colonne, agents d&#39;administration de médicament, sondes fluorescentes pour le suivi des cellules, les milieux optiques, etc. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 . En particulier, les polymères conjugués π ont des propriétés inhérentes luminescentes et conductrices de charge qui sont bénéfiques pour des applications optiques, électroniques et optoélectroniques utilisant des sphères de polymère 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , en particulier des applications laser utilisant une organisation douceMatériaux 15 , 16 , 17 . Par exemple, l&#39;intégration tridimensionnelle de sphères avec des diamètres de plusieurs centaines de nanomètres forment des cristaux colloïdaux, qui présentent des écarts de bande photoniques à une certaine longueur d&#39;onde 18 , 19 . Lorsque la lumière est confinée dans la structure périodique de l&#39;intersphere, une action auxiliaire apparaît au milieu de la bande d&#39;arrêt. D&#39;autre part, lorsque la taille des sphères augmente à l&#39;échelle de plusieurs micromètres, la lumière est confinée dans une seule microsphère par réflexion interne totale à l&#39;interface polymère / air 20 . La propagation de l&#39;onde lumineuse à la circonférence maximale entraîne une interférence, ce qui conduit à l&#39;apparition d&#39;un mode résonnant avec des lignes d&#39;émission nette et périodique. Ces modes optiques sont appelés &quot;modes de galerie murmurants&quot; (WGM). Le terme &quot;galerie murmurante&quot; provient deLa cathédrale Saint-Paul à Londres, où les ondes sonores se propagent le long de la circonférence du mur, permettant aux chuchotements d&#39;être entendus par une personne de l&#39;autre côté de la galerie. Étant donné que la longueur d&#39;onde de la lumière est sur l&#39;échelle sous-micromètre, qui est beaucoup plus petite que les ondes sonores, un tel dôme important n&#39;est pas nécessaire pour le WGM de la lumière: minuscule, micromètre, navires bien définis, tels que microsphères, microdiscs , Et les microcristaux, remplissent les conditions de WGM. L&#39;équation 1 est une forme simple de l&#39;état résonnant WGM 21 : Nπd = lλ (1) Où n est l&#39;indice de réfraction du résonateur, d est le diamètre, l est le nombre entier, et λ est la longueur d&#39;onde de la lumière. La partie gauche de (1) est la longueur du trajet optique à travers une propagation circulaire. Lorsque le trajet optique coïncide avecMultiple entier de la longueur d&#39;onde, la résonance se produit, tandis qu&#39;à l&#39;autre longueur d&#39;onde, l&#39;onde lumineuse diminue lors de l&#39;arrondissement. Cet article présente plusieurs méthodes expérimentales pour préparer des microsphères pour les résonateurs WGM à partir de polymères conjugués en solution: diffusion de vapeur 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , mini-émulsion 31 et précipitation d&#39;interface 32 . Chaque méthode présente des caractéristiques uniques; Par exemple, le procédé de diffusion de vapeur offre des microsphères bien définies avec une sphéricité et des surfaces lisses très élevées, mais seuls des polymères à faible cristallinité peuvent former ces microsphères. D&#39;autre part, pour la mini-émulsion, Différents types de polymères conjugués, y compris les polymères à haute cristallisation, peuvent former des sphères, mais la morphologie de la surface est inférieure à celle obtenue à partir du procédé de diffusion de la vapeur. Le procédé de précipitation d&#39;interface est préférable pour créer des microsphères à partir de polymères non-conjugués dopé au colorant. Dans tous les cas, la sélection du solvant et du non solvant joue un rôle important dans la formation de la morphologie sphérique. Dans la seconde moitié de ce document, des techniques de μ-PL et de micro-manipulation sont présentées. Pour la technique μ-PL, les microsphères sont dispersées sur un substrat, et un faisceau laser concentré, à travers une lentille de microscope, est utilisé pour irradier une seule microsphère isolée 24 . La PL générée d&#39;une sphère est détectée par un spectromètre à travers la lentille du microscope. Le déplacement du stade de l&#39;échantillon peut varier la position de l&#39;emplacement d&#39;excitation. Le point de détection est également variable en inclinant l&#39;optique collimatrice de l&#39;excEn ce qui concerne l&#39;axe optique du chemin de détection 28 , 32 . Pour étudier la propagation de la lumière intersphere et la conversion de la longueur d&#39;onde, la technique de micro-manipulation peut être utilisée 32 . Pour connecter plusieurs microsphères avec différentes propriétés optiques, il est possible de retirer une sphère à l&#39;aide d&#39;une micro-aiguille et de la placer sur une autre sphère. En conjonction avec les techniques de micromanipulation et le procédé μ-PL, diverses mesures optiques peuvent être réalisées en utilisant des sphères polymères conjuguées, qui sont préparées par un simple procédé d&#39;auto-assemblage. Ce document vidéo sera utile aux lecteurs qui souhaitent utiliser des matériaux polymères souples pour des applications optiques.

<table><tbody><tr><td>polystyrène</td><td>Aldrich</td><td>132427-25G</td><td></td></tr><tr><td>dodécylsulfate de sodium</td><td>Kanto Kagaku</td><td>372035-31</td><td></td></tr><tr><td>tétrahydrofurane</td><td>Wako</td><td>206-08744</td><td></td></tr><tr><td>chloroforme</td><td>Wako</td><td>038-18495</td><td></td></tr><tr><td>méthanol</td><td>Wako</td><td>139-13995</td><td></td></tr><tr><td>Poly(9,9-di-n-octylfluorényl-2,7-diyl)</td><td>Aldrich</td><td>571652-500MG</td><td></td></tr><tr><td>Poly[2-méthoxy-5-(3&prime ;,7&prime ;-diméthyloctyloxy)-1,4-phénylènevinylène] (MDMOPPV)</td><td>Aldrich</td><td>546461-1G</td><td></td></tr><tr><td>poly[(9,9-dioctylfluorène-2,7-diyl)-alt-(5-octylthiéno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione-1,3-diyl)] (P1)</td><td>synthétisé-référence</td><td></td> <td>28</td></tr><tr><td>poly[(N-(2-heptylundécyl)carbazole-2,7-diyl)-alt-(4,8-bis[(dodécyl)carbonyl]benzo[1,2-b :4,5-b&prime ;]dithiophène-2,6-diyl)] (P2)</td><td>synthétisé</td> <td>28</td><td></td></tr> <tr><td>colorant fluorescent (dipyrrine de bore ; BODIPY)</td><td>synthétisée-référence</td><td></td> <td>32</td></tr><tr><td>Microscope optique</td><td>Nicon</td><td>Eclipse LV-N</td><td></td></tr><tr><td>laser_405 nm</td><td>Spectromètre Hutech</td><td>DH405-10-5</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Lambda Vision</td><td>LV-MC3/T</td><td></td></tr><tr><td>Homogénéisateur</td><td>Microtech Nichion</td><td>Physcotron NS-360D</td><td></td></tr><tr><td>micromanipulation</td><td>Microsupport</td><td>Quick Pro QP-3RH</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

Cet article décrit trois procédés de préparation de microsphères fluorescentes comprenant des polymères π-conjugués ou non conjugués: diffusion de vapeur, précipitation d&#39;interface et mini-émulsion. Dans toutes les méthodes, des sphères de taille micrométrique bien définies sont obtenues à partir d&#39;un processus d&#39;auto-assemblage en solution. La méthode de diffusion de la vapeur peut entraîner des sphères avec la sphéricité et la lisse de surface les plus élevées, mais les types de polymères capables de former ces sphères sont limités. D&#39;autre part, dans le procédé de la mini-émulsion, les microsphères peuvent être fabriquées à partir de divers types de polymères, même à partir de polymères hautement cristallins avec des squelettes coplanaires π conjugués. Les propriétés photoluminescentes (PL) à partir de microsphères isolées isolées sont inhabituelles: le PL est confiné à l&#39;intérieur des sphères, se propage à la circonférence des sphères via la réflexion interne totale à l&#39;interface polymère / air et s&#39;interfère pour afficher une résonance nette et périodique Lignes PL. Ces résonancesG sont les «modes de galerie des chuchotements» (WGM). Ce travail démontre comment mesurer le PL de WGM à partir de sphères isolées isolées à l&#39;aide de la technique de micro-photoluminescence (μ-PL). Dans cette technique, un faisceau laser focalisé irradie une microsphère unique et la luminescence est détectée par un spectromètre. Une technique de micromanipulation est ensuite utilisée pour relier les microsphères une par une et pour démontrer la propagation PL et la conversion des couleurs de la microsphère couplée lors de l&#39;excitation au périmètre d&#39;une sphère et la détection de PL de l&#39;autre microsphère. Ces techniques, μ-PL et micromanipulation, sont utiles pour des expériences sur des applications micro-optiques utilisant des matériaux polymères.

La figure 1 montre des représentations schématiques du procédé de diffusion de vapeur (a), de la méthode de mini-émulsion (b) et du procédé de précipitation d&#39;interface (c). Pour la méthode de diffusion de vapeur ( Figure 1a ), un flacon de 5 mL contenant une solution de polymère de CHCl3 (0,5 mg ml -1 , 2 ml) a été placé dans un flacon de 50 ml contenant 5 ml d&#39;un non-solvant tel que le MeOH . Le flacon extér...

Des protocoles pour la synthèse de microsphères à partir de polymères, la manipulation de microsphères et les mesures de micro-photoluminescence sont présentés.

Fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

L'objectif général de cette procédure est de produire des micro-résonateurs optiques pour des dispositifs laser, des circuits optiques, ainsi que des capteurs optiques chimiques et biologiques. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des matériaux polymères fonctionnels, telles que l'optique polymère, l'optoélectronique et l'électronique. Le principal avantage de cette technique simple et à faible consommation d'énergie réside dans l'utilisation de polymères fonctionnels pour fabriquer des résonateurs optiques possédant à la fois des propriétés optiques et électriques.La démonstration de la procédure sera effectuée par M. Okada, M. Zakarias et M. Oki, étudiants diplômés de mon laboratoire. Pour commencer la méthode de diffusion de vapeur dans le cadre de cette procédure, ajoutez cinq millilitres de méthanol dans un flacon de 50 millilitres. Ensuite, dissolvez deux milligrammes de polymères conjugués dans deux millilitres de chloroforme dans un flacon de cinq millilitres.Placer soigneusement le flacon de cinq millilitres à l'intérieur du flacon de 50 millilitres. Ensuite, boucher le flacon de 50 millilitres. Incuber à 25 degrés Celsius pendant trois jours afin de précipiter les microsphères polymériques.Pour commencer la méthode de mini-émulsion, dissolvez cinq milligrammes de polymères conjugués dans un millilitre de chloroforme. Ensuite, dissolvez 30 milligrammes de SDS dans deux millilitres d'eau déionisée. Ajoutez 100 microlitres du mélange polymère à la solution de SDS.À l’aide d’un homogénéisateur ultra-rapide, agiter pendant deux minutes à 30 000 tr/min. Laisser reposer l’émulsion un jour sans bouchon afin d’évaporer le chloroforme. Le lendemain, centrifuger la dispersion dans un tube de centrifugation de 1,5 millilitre pendant cinq minutes à 2 200 × g.Après avoir retiré le surnageant, ajoutez un millilitre d'eau déionisée et agitez vigoureusement. Répétez la centrifugation, l'élimination du surnageant et le lavage à l'eau trois fois afin d'éliminer complètement tout résidu de SDS. Pour commencer la méthode de précipitation à l'interface, dissolvez 20 milligrammes de polystyrène dans un milligramme de colorant fluorescent dans 20 millilitres de tétrahydrofuranne.Ajoutez un millilitre d'eau déionisée dans un microtube vide de 1,5 millilitre. Ensuite, versez délicatement 0,2 millilitre de la solution de THF sur la couche d'eau, en prenant soin de ne pas mélanger les deux couches. Laissez le tube au repos pendant six heures sans bouchon afin de précipiter les microsphères polymériques.Pour commencer, diluez une suspension de microsphères préparées par un facteur de 10 à l’aide d’un solvant pauvre tel que le méthanol ou l’eau déionisée. À l’aide d’un dispositif de dépôt par rotation, déposez une goutte de la suspension diluée sur un substrat de quartz. Laissez sécher à l’air le film obtenu jusqu’à évaporation complète des solvants.Ensuite, transférez le substrat en quartz sur la platine de l'échantillon d'un microscope optique. Identifiez une microsphère isolée et bien définie pour la mesure de microphotoluminescence. Réglez les conditions du laser conformément au protocole décrit dans le texte et utilisez un faisceau laser focalisé pour irradier la microsphère.À l'aide d'un spectromètre, enregistrez le spectre de photoluminescence. Ensuite, prenez une image fluorescente de la microsphère irradiée. Pour commencer, placez le substrat en quartz sur la platine de l'échantillon d'un microscope optique.Identifier une microsphère unique bien définie. Ensuite, placer une microlame en tungstène sur un appareil de micromanipulation. À l’aide d’un contrôleur à écran tactile, déplacer la microlame et ramasser la microsphère.Reliez la microsphère recueillie à une autre microsphère unique bien définie. Ensuite, irradiez la microsphère avec un faisceau laser focalisé. Utilisez un spectromètre pour enregistrer le spectre de photoluminescence.Ensuite, prendre une image fluorescente des microsphères irradiées. Dans cette étude, des microsphères polymériques bien définies sont fabriquées en utilisant trois méthodes différentes : la méthode de diffusion de vapeur, la méthode de mini-émulsion et la méthode de précipitation à l'interface.La microscopie électronique à balayage montre que les méthodes de diffusion de vapeur et de précipitation à l'interface produisent des microsphères ayant une morphologie de surface très lisse. Cependant, celles obtenues par la méthode de mini-émulsion sont rugueuses parce que le tensioactif recouvre toute la surface. Le mode de résonance en galerie chuchotante de la photoluminescence est ensuite enregistré pour une microsphère unique du polymère un, du polymère deux et de leur mélange.Le facteur Q a atteint jusqu'à 2 200 pour le polymère un. Les microsphères composées du polymère deux, cependant, n'ont atteint qu'une valeur maximale de 300, probablement en raison de leur morphologie de surface rugueuse. Les microsphères composées du mélange de polymères ont conservé un facteur Q élevé de 1 500, probablement en raison de leur morphologie lisse.Des microsphères polymorphes de polystyrène dopées avec des colorants polaron présentant des couleurs photoluminescentes vertes, jaunes, oranges et rouges ont été connectées pour former des tétrasphères afin d'étudier la cascade de transfert d'énergie entre sphères. Le transfert d'énergie lumineuse du vert vers le jaune et du jaune vers l'orange s'avère efficace, tandis que le transfert d'énergie de l'orange vers le rouge ne se produit pas en raison du faible recouvrement entre la bande photoluminescente du donneur d'énergie et la bande d'absorption de l'accepteur d'énergie. Par conséquent, des transferts d'énergie inversés, tels que du rouge vers l'orange, le jaune et le vert, se produisent difficilement.Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de se rappeler d'éviter de secouer les vials, ce qui pourrait provoquer une précipitation rapide menant à des agrégats mal définis. Après cette procédure, d'autres méthodes comme la polymérisation en émulsion et la polymérisation en dispersion peuvent être réalisées afin de répondre à des questions supplémentaires, telles que la préparation de sphères polymériques monodisperses pour des applications aux cristaux photoniques colloïdaux. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la science des polymères pour explorer des applications optiques et laser utilisant des polymères fonctionnels.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de préparer des résonateurs micro-optiques par un processus d'auto-assemblage ascendant. N'oubliez pas que l'utilisation d'appareils laser exige des précautions particulières afin de se protéger contre les faisceaux laser pouvant endommager vos yeux.

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On décrit l'utilisation d'une technique de carbone du dioxyde de refusion au laser pour fabriquer des cavités résonnantes silice, y compris autoportante microsphères et sur puce microtoroids. La méthode de refusion d'éliminer les imperfections de surface, ce qui permet de longues durées de vie des photons dans les deux appareils. Les dispositifs qui en résultent ont des facteurs de haute qualité ultra, permettant aux applications allant des télécommunications aux biodétection.

Fabrication de silice Ultra High microrésonateurs facteur de qualité

Les métamatériaux à des fréquences térahertz offrent des occasions uniques, mais sont difficiles à fabriquer en vrac. Nous adaptons la procédure de fabrication des fibres de polymère optique microstructurée à peu de frais fabriquer des métamatériaux potentiellement à l'échelle industrielle. Nous produisons des fibres de polyméthacrylate de méthyle contenant ~ 10 um de diamètre des fils d'indium séparées par environ 100 um, qui présentent une réponse plasmonique térahertz.

Les métamatériaux Fabricating aide de la méthode de tirage de fibre

Un capteur de haute sensibilité photonique micro est développé pour la détection du champ électrique. Le capteur exploite les modes optiques d'une sphère diélectrique. Les changements dans l'perturbent champ électrique externe de la morphologie sphère conduit à des changements dans ses modes optiques. L'intensité du champ électrique est mesurée par la surveillance de ces changements optiques.

Développement de Whispering Gallery mode polymères micro-capteurs de champ électrique

Nous développons et caractériser une fibre optique polymère désordonnée qui utilise transversale localisation d'Anderson comme un mécanisme de guidage d'onde du roman. Cette fibre microstructurée peut transporter un petit faisceau localisé, avec un rayon qui est comparable au rayon du faisceau de fibres optiques classiques.

Fabrication et caractérisation des polymères désordonnés fibres optiques pour Transverse localisation d&#39;Anderson de la lumière

Deux fluides adjacents passant par un canal microfluidique rainuré peuvent être dirigés pour former une gaine autour d’un noyau de prépolymère; déterminant ainsi à la fois la forme et la section transversale. La polymérisation photoinitiée, telle que la chimie du clic thiol, est bien adaptée à la solidification rapide du fluide central en une microfibre avec une taille et une forme prédéterminées.

Fabrication microfluidique de fibres polymères et biohybrides avec une taille et une forme redessinées

Des excitations optomécaniques paramétriques ont récemment été démontrées expérimentalement dans des résonateurs optomécaniques microfluidiques  au moyen de la pression de rayonnement optique et de la diffusion Brillouin stimulée. Cet article décrit la fabrication de ces résonateurs microfluidiques ainsi que les méthodologies de génération et de vérification des oscillations optomécaniques.

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Production efficace des phénomènes non linéaires liés à la troisième ordre optique susceptibilité non linéaire Χ (3) les interactions dans les microsphères de silice triple résonance est présenté dans le présent document. Les interactions ici rapportés sont: diffusion Raman stimulée (SRS), et quatre processus d'onde de mélange comprenant Stimulé Anti-stokes Raman Scattering (SRAS).

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Nous présentons un protocole de fabrication de 1-D cavités à cristaux photoniques sur des fibres de silice de diamètre Subwavelength (des nanofibres optiques) en utilisant femtoseconde ablation induite par laser.

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Cet ouvrage fournit une méthode pour la fabrication de plateformes microfluidiques axée sur la goutte et l’application des microsphères de polyacrylamide pour l’amplification PCR-microsphères. La méthode PCR-microsphères permet d’obtenir des amplicons ADN monocaténaire sans séparer l’ADN bicaténaire.

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Ce protocole décrit la fabrication d’une fenêtre d’imagerie intégrée implantable à l’aide de l’impression laser 3D. La fenêtre est constituée d’un système de microlentilles couplées à des micro-échafaudages. La méthode implique une polymérisation à deux photons (2PP) de la résine photosensible biocompatible SZ2080 dans une séquence continue, optimisant l’efficacité de la fabrication et l’alignement entre les différents composants.

Microfabrication d’optiques implantables intégrées dans une fenêtre d’imagerie microstructurée pour une imagerie in vivo avancée

Découvrez la fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser. Cette méthode simple et peu énergivore utilise des polymères fonctionnels aux propriétés optiques et électriques.

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