Name: מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 6 s
Description: חקור שיפור רזולוציה במיקרוסקופיה אופטית באמצעות פיזור לא-לינארי מננו-חלקיקים פלזמוניים. השיטה מציעה ניגודיות חזקה ולא מתכלית לחקר מבנים ננומטריים.

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

עבודה זו נתמכת על ידי משרד המדע והטכנולוגיה תחת NSC-101-2923-M-002-001-MY3 ו-NSC-102-2112-M-002-018-MY3. מחקר זה נתמך גם על ידי האגודה היפנית לקידום המדע (JSPS) באמצעות "תוכנית המימון לחוקרים מובילים בעולם של הדור הבא (תוכנית NEXT)", שיזמה המועצה למדיניות מדע וטכנולוגיה (CSTP) ותוכנית JSPS Asian CORE.

1. GNS הכנת דוגמאות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הכנת המדגם, פתרון קולואיד 1 מיליליטר GNS sonicate לפחות 15 דקות בכ -40 קילוהרץ כדי למנוע אגרגציה, אשר עלול לגרום לשיא LSPR להעביר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זרוק 100-200 μl של קולואיד GNS על זכוכית שקופית עם ציפוי אלומיניום סיליקט מגנזיום (MAS) מסחרי כדי לתקן את GNSS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר דקות לפחות 1, להסיר את קולואיד הנוסף על ידי שטיפה במים מזוקקים. זמן ההמתנה תלוי בצפיפות ההפצה המבוקשת לGNSS. בדרך כלל, 1-3 דקות בתוצאות צפיפות מתאימה המאפשרת את החלקיקים להיות מזוהים בקלות שכן רובם מבודדים אחד מהשני. צבירה משמעותית עלולה להתרחש אם זמן ההמתנה ארוך מדי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את המדגם על ידי טיהור עם גז חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> (אופציונאלי) כדי למפות את GNSS על הזכוכית עם רזולוציה גבוהה, לבצע במיקרוסקופ אלקטרונים סורקים (SEM) בשלב זה 23. תמונת דוגמא מסופקת בFigurדואר 1, המציג את הצפיפות האופיינית GNSS. השתמש בפליטת שדה SEM לרכוש את התמונה. ברגע שהוא הוסיף שמן על המדגם (השלב ​​הבא), זה יהיה קשה להסיר את השמן ולבחון את המדגם עם SEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף טיפה של שמן עם אותו מקדמת השבירה על המדגם כדי לכסות את GNSS ולחסל את ההשתקפות החזקה מהמצע הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כוס על גבי עטיפה של המדגם ולאטום אותו עם לק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה לפחות 5 דקות עד לק מתייבש. המדגם הוא מוכן עכשיו. </li></ol> 2. מערך של מיקרוסקופ confocal מובנה בית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראה איור 2 לתכנית של התקנה. יישר את נתיב תאורת אור הלבן של גוף מיקרוסקופ עצמו. הפעל את מקור אור ההלוגן של המיקרוסקופ, ולעקוב אחרי הוראות של יצרן מיקרוסקופ כדי להשיג את מצב תאורת קוהלר. ודא שקורות הלוגן האור הלבנים הם כמעט מקבילים בחלק האחורי שלצמצם של המטרה, בא לידי ביטוי באופן חלקי על ידי beamsplitter 50/50, ולאחר מכן להפיץ לליזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מראות Galvano כדי להבטיח שהם יישארו בעמדה הראשונית הנכונה, כלומר, במרכז טווח הסריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח לפחות שתי מטרות, שנעשו על ידי שכבה דקה של נייר עם טבעות קונצנטריות על זה, לאורך שביל אור ההלוגן, וליישר אותם עם קרן ההלוגן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לבצע הדמיה, בחר בלייזר 532 ננומטר. כדי לבצע מדידות ספקטרוסקופיה, בחר בלייזר סופר-הרצף. במהלך היישור, את כוחו של הלייזרים צריך להיות פחות מ 10 μW בצמצם האחורי של המטרה להימנע הליניאריות. לאחר מכן, collimate ההפך קרן לייזר אירוע לקרן ההלוגן היוצאת עם הסיוע של שתי מטרות. כאשר תהליך זה יסתיים, היישור הגס של קרן הלייזר הושג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את קרן הלייזר דרך מרכז הצמצם האחורי של העדשה האובייקטיבית. בדרך כלל, להשתמש oiמטרת L-טבילה. להוסיף טיפה של שמן בין עדשת מטרת נפט הטבילה ומדגם GNS. השתמש בצינור מכפיל (PMT) כגלאי כדי לאסוף את אותות הפיזור של GNSS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח חריר 20 מיקרומטר בקוטר מול PMT לחסום פיזור מחוץ לפוקוס אותות. הפעל את מראות Galvano וPMT (באמצעות תוכנת הבית בנוי), להתאים את המיקום וגובה חריר של שלב המדגם למקסם את אותות backscattering של GNSS, ולאחר מכן לצפות GNS בודד על מסך מחשב. תמונת XY מדגם של GNSS עם יישור נכון מוצגת באיור 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעט לשנות את הגובה של שלב המדגם לבדוק concentricity של המוקד. אם זה לא קונצנטריים, להתאים את הקרן עם שתי המראות מול הסורק עד מרכז GNS נשאר באותה העמדה ואילו הגובה של שלב המדגם השתנה. ודא שתמונת XZ של כוחות הביטחון הפלסטיניים דומה לאיור 2Cכדי להבטיח יישור קרן נכון. לעבד שתי תמונות עם נמוך לעבור ומסננים חלקים גאוס. </li></ol> 3. אפיון פיזור הליניאריות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוצמה עירור נמוכה (פחות מ -10 W 4/2 סנטימטר), לרכוש תמונה של חלקיקי זהב על ידי ביצוע הפרוטוקול 2.6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את התמונה בImageJ (או כל תוכנת ניתוח תמונה אחרת). צייר קו על פני אחד GNSS בתמונה (ראה איור 2), ולהשתמש בניתוח -&gt; פרופיל מגרש של הכלים ImageJ כדי לאחזר את פרופיל עוצמת פיזור. מתאים לפרופיל של כוחות הביטחון הפלסטיניים שנבחרו על ידי פונקצית גאוס: <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/53338/53338eq2.jpg" /> שבו Y הוא ערך קריאת נתוני PMT, y 0 הוא ערך הרקע (אם בכלל), הוא משרעת השיא, W הוא הרוחב, x הוא לתאם את מרחבי, וx ג הוא coordinat המרכזדואר של פונקצית גאוס. FWHM של כוחות הביטחון הפלסטיניים המקבילים הוא (½ln2) w. בהתבסס על הצמצם המספרי (NA) של המטרה, ניתן להעריך FWHM התיאורטי של כוחות הביטחון הפלסטיניים confocal להיות כ 0.43l / NA, שבו אני הוא גל העירור. להשוות בין שני מספרים הבאים כדי לבדוק את היישור של מערכת ההדמיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגביר את עוצמת העירור על ידי שינוי ידני מסנן צפיפות ניטראלית (ND) באיור 2 א, ולהקליט תמונות backscattering בכל רמת אינטנסיביות. קח את הערך של אות הפיזור מהמרכז של כל GNS בעוצמות עירור שונים, ולתכנן את העקומה של פיזור אותות לעומת עוצמות עירור. בדוק את הליניאריות של כמה נקודות הראשונות, שאמור להציג קשר לינארי כאשר עוצמת העירור היא כראוי נמוכה. צייר קו על בסיס הולם ליניארי של כמה הנקודות הראשונות. אם עוצמות הפיזור של הנקודות הבאות לרדת מתחת המגמה, saturatio יניארי זהn התרחש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר התבוננות פיזור saturable, להקטין בהדרגה את עוצמת מתחת לסף רווי, ותמונה באותו GNSS שוב כדי להבטיח את ההפיכות של ההתנהגויות לא-ליניארית. </li></ol> 4. מדידה של ספקטרום פיזור של זהב nanosphere יחיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למדוד את ספקטרום backscattering מGNS אחת, להשתמש בליזר סופר-הרצף כמקור הלייזר. אורך הגל הראשוני של הלייזר נע בין 450 ננומטר ל 1,750 ננומטר. כדי להסיר את כוח אינפרא אדום העודף שעלולה לגרום נזק למדגם והרכיבים האופטיים, להציב מראות אחד או שתיים מייד אחרי לייזר סופר-הרצף כדי לשקף את האור הנראה, ולהשתמש בקרן מרוקנת כדי לאסוף את אור אינפרא אדום העודף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את הפעולות מפורטות בסעיף 2 היישור לכוון את לייזר סופר-הרצף למיקרוסקופ confocal סריקת הלייזר. השתמש בפס רחב 50/50 BS כדי להבטיח כיסוי רפאים על פני כל הטווח הנראה לעין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכושתמונה של GNSS על זכוכית. אתר GNS יחיד בתמונה, ולתקן את המיקוד של הפס הרחב אור האירוע על החלקיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במראה מרפרף מול PMT לכוון את אות backscattering כלפי ספקטרומטר, אשר מצויד במכשיר תשלום מצמידים, ולאחר מכן לקחת ספקטרום של GNS היחיד שנבחר. היזהר שהספקטרום כאן היא תערובת של פיזור GNS ורקע בשל השתקפויות ממשטחים אחרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחזור לגלאי PMT, ולקחת תמונה אחרת כדי לוודא שעמדת החלקיקים לא השתנתה. לאחר מכן, להעביר את המוקד לנקודה שבה אין חלקיקים הוא הווה. לחזור לספקטרומטר, ולקחת ספקטרום יותר אחד, המייצג את הרקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחסר ספקטרום הרקע מצעד 4.5 מהספקטרום מצעד 4.4 להשיג ספקטרום backscattering ברור של GNS יחיד. </li></ol> 5. מערך של SAX מיקרוסקופ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראה איור 3לתכנית של המיקרוסקופ SAX, בי אפנון זמני סינוסי אידיאלי מתקבל מתדר הפעימה בין שני מאפנני acousto אופטי (AOMs). ראשית, להתאים את גודל קרן הלייזר כדי לענות על הדרישה של AOMs שלאחר מכן. לפצל את אור לייזר 532 ננומטר לשתי קורות באמצעות מפצל 50/50 קרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדריך שתי קורות באמצעות שני AOMs, עם קרן אחת שעוברת דרך כל AOM. תדרי הוויסות של שני AOMs חייבים להיות שונים. לדוגמא, אחד עלול להיות ב40.000 MHz והאחר ב40.010 MHz, מניב תדירות הבדל של 10 קילו-הרץ. תדירות הבדל זה תהיה מ &#39;ו אפנון תדר הבסיסי לאותות SAX. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את הסדר הראשון קורות מתפזרות משני AOMs, ולשלב את שתי קורות באמצעות אחר מפצל 50/50 קרן. התאם את המראות לאחר AOMs לcollimate שתי קורות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף גלאי אור שמחובר לאוסצילוסקופ לפקח modulatio הזמניn. פיצול חלק קטן של הלייזר עם זכוכית שקופית, ולשלוח אותו לגלאי האור, כפי שמוצג באיור 3. עם אפנון נכון וחפיפת קרן, להתבונן אפנון עצמת סינוסי במ &#39;ו התדר העיקרי, דומה לזו של הגל הראה באיור 4. הערה: הרקע של האפנון צריך להיות נמוך ככל האפשר כדי להשיג את עומק האפנון המרבי. בנוסף, להשתמש בפונקצית הניתוח פורייה של אוסצילוסקופ כדי לבדוק שהעיוות ההרמונית של האפנון הולכת ומתמעטת. כדי להשיג יישום מוצלח SAX, להבטיח אפנון עצמת עירור סינוסי מושלם עם הליניאריות ראשונית ממוזערת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתק את תפוקת החשמל של גלאי האור מאוסצילוסקופ ולהתחבר לקלט ההתייחסות של מגבר נעילה ב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כפי שניתן לראות באיור 3, ליישר את קרן הלייזר למערכת confocal הבא הפרוטוקולים הקודמים. Here, לחבר את הפלט החשמלי של PMT למגבר הנעילה כבקלט האות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בזכוכית כיסוי ריקה כמדגם, ולבדוק את הליניאריות של מערכת האיתור החשמלית על ידי הגדלת כוח העירור בהדרגה ,, כפי שמוצג באיור 5, שבו הגלאים הוא ליניארי להלן ערך קריאת נתונים של 1-V. בכל המדידות שלאחר מכן, דואג לרסן את ההודעה למתחת לערך זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הפלט של מגבר הנעילה בלייצא את הגודל המוחלט של אות המתח. על ידי שינוי המרכיב ההרמוני הגדרה בערוץ ההתייחסות, להשיג אמפליטודות SAX, 1, 2, וכן הלאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייצא ליניארי ואותות קוי ממגבר הנעילה לכרטיס רכישת נתונים, אשר גם מקבל את אותות מתח נהיגה של מראות Galvano סריקת סריקה. בעזרת תכנית Labview מותאמת אישית, לסנכרן את האותות של המגבר והנעילה בGalvano מראות כדי ליצור תמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לייעל את יחס אות לרעש בתמונות, בחר כראוי רכישת פיקסל ופעמים אינטגרציה של מגבר הנעילה ב. לדוגמא, כאשר מ &#39;ו אפנון התדר העיקרי של העירור הוא 10 קילו-הרץ, כלומר, כאשר התקופה היא 100 μsec, להגדיר את זמן האינטגרציה של הנעילה ב מגבר להיות לפחות שלושה פעמים ארוכות יותר מהתקופה. הוספת הזמן של תנועת מראה Galvano, מהירות הרכישה מוגדרת ב1,500 פיקסלים בשנייה במצב ההדמיה SAX. </li></ol>

<ol><li>Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-diffraction-limited+optical+imaging+with+a+silver+superlens%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens.</a> Science. 308 (5721), 534-537 (2005).</li>
<li>Lee, B., Kim, S., Kim, H., Lim, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+plasmonics+in+light+beaming+and+focusing%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">The use of plasmonics in light beaming and focusing.</a> 34 (2), 47-87 (2010).</li>
<li>Lal, S., Link, S., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-optics+from+sensing+to+waveguiding%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Nano-optics from sensing to waveguiding.</a> Nature Photon. 1 (11), 641-648 (2007).</li>
<li>Kawata, S., Inouye, Y., Verma, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics+for+near-field+nano-imaging+and+superlensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Plasmonics for near-field nano-imaging and superlensing.</a> Nature Photon. 3 (7), 388-394 (2009).</li>
<li>Homola, J., Yee, S. S., Gauglitz, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+plasmon+resonance+sensors%3A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Sensor.+Actuat.+B-Chem%22%5BJournal%5D)">Surface plasmon resonance sensors: review.</a> Sensor. Actuat. B-Chem. 54 ((1-2)), 3-15 (1999).</li>
<li>Nie, S., Emory, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+single+molecules+and+single+nanoparticles+by+surface-enhanced+Raman+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Probing single molecules and single nanoparticles by surface-enhanced Raman scattering.</a> Science. 275 (5303), 1102-1106 (1997).</li>
<li>Hache, F., Ricard, D., Flytzanis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+nonlinearities+of+small+metal+particles+-+surface-mediated+resonance+and+quantum+size+effects%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+B%22%5BJournal%5D)">Optical nonlinearities of small metal particles - surface-mediated resonance and quantum size effects.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 3 (12), 1647-1655 (1986).</li>
<li>Balamurugan, B., Maruyama, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+of+an+enhanced+interband+absorption+in+Au+nanoparticles%3A+Size-dependent+electronic+structure+and+optical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Evidence of an enhanced interband absorption in Au nanoparticles: Size-dependent electronic structure and optical properties.</a> Applied Physics Letters. 87 (14), 143105(2005).</li>
<li>Link, S., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+and+temperature+dependence+of+the+plasmon+absorption+of+colloidal+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Size and temperature dependence of the plasmon absorption of colloidal gold nanoparticles.</a> J. Phys. Chem. B. 103 (21), 4212-4217 (1999).</li>
<li>Kelly, K. L., Coronado, E., Zhao, L. L., Schatz, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+optical+properties+of+metal+nanoparticles%3A+The+influence+of+size%2C+shape%2C+and+dielectric+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem+B%22%5BJournal%5D)">The optical properties of metal nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment.</a> J. Phys. Chem B. 107 (3), 668-677 (2003).</li>
<li>Kauranen, M., Zayats, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonlinear+plasmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Nonlinear plasmonics.</a> Nature Photon. 6 (11), 737-748 (2012).</li>
<li>Homola, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Present+and+future+of+surface+plasmon+resonance+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Bioanal+Chem%22%5BJournal%5D)">Present and future of surface plasmon resonance biosensors.</a> Anal Bioanal Chem. 377 (3), 528-539 (2003).</li>
<li>Jain, P. K., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Au+nanoparticles+target+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Today%22%5BJournal%5D)">Au nanoparticles target cancer.</a> Nano Today. 2 (1), 18-29 (2007).</li>
<li>Wada, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+all-optical+devices+for+ultrafast+communication+and+signal+processing%5BTitle%5D)+AND+%22New+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Femtosecond all-optical devices for ultrafast communication and signal processing.</a> New J. Phys. 6 (183), Forthcoming.</li>
<li>Elim, H. I., Yang, J., Lee, J. Y., Mi, J., Ji, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+saturable+and+reverse-saturable+absorption+at+longitudinal+surface+plasmon+resonance+in+gold+nanorods%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of saturable and reverse-saturable absorption at longitudinal surface plasmon resonance in gold nanorods.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (8), 083107(2006).</li>
<li>Ros, I., Schiavuta, P., Bello, V., Mattei, G., Bozio, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+nonlinear+absorption+of+gold+nanoshells+at+surface+plasmon+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Femtosecond nonlinear absorption of gold nanoshells at surface plasmon resonance.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (41), 13692-13698 (2010).</li>
<li>De Boni, L., Wood, E. L., Toro, C., Hernandez, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Saturable+Absorption+in+Gold+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Plasmonics%22%5BJournal%5D)">Optical Saturable Absorption in Gold Nanoparticles.</a> Plasmonics. 3 (4), 171-176 (2008).</li>
<li>Gurudas, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saturable+and+reverse+saturable+absorption+in+silver+nanodots+at+532+nm+using+picosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Saturable and reverse saturable absorption in silver nanodots at 532 nm using picosecond laser pulses.</a> J. Appl. Phys. 104 (7), 073107(2008).</li>
<li>Bohren, C. F., Huffman, D. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBohren%2C+CF+%22Absorption+and+scattering+of+light+by+small+particles%22">Absorption and scattering of light by small particles</a>. , John Wiley & Sons Inc. (1983).</li>
<li>Chu, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saturation+and+reverse+saturation+of+scattering+in+a+single+plasmonic+nanoparticle%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photon%22%5BJournal%5D)">Saturation and reverse saturation of scattering in a single plasmonic nanoparticle.</a> ACS Photon. 1 (1), 32-37 (2014).</li>
<li>Chu, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+a+saturated+emission+of+optical+radiation+from+gold+nanoparticles%3A+application+to+an+ultrahigh+resolution+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Measurement of a saturated emission of optical radiation from gold nanoparticles: application to an ultrahigh resolution microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 112 (1), 017402(2014).</li>
<li>Fujita, K., Kobayashi, M., Kawano, S., Yamanaka, M., Kawata, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+confocal+microscopy+by+saturated+excitation+of+fluorescence%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-resolution confocal microscopy by saturated excitation of fluorescence.</a> Phys. Rev. Lett. 99 (22), 228105(2007).</li>
<li>Smith, K. C. A., Oatley, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+scanning+electron+microscope+and+its+fields+of+application%5BTitle%5D)+AND+%22Brit.+J.Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">The scanning electron microscope and its fields of application.</a> Brit. J.Appl. Phys. 6 (11), (1955).</li>
<li>Yu, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+diffraction-limited+scanning+system+providing+broad+spectral+range+for+laser+scanning+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instru%22%5BJournal%5D)">A diffraction-limited scanning system providing broad spectral range for laser scanning microscopy.</a> Rev. Sci. Instru. 80 (11), 113704(2009).</li>
<li>Lee, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Point+spread+function+analysis+with+saturable+and+reverse+saturable+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Point spread function analysis with saturable and reverse saturable scattering.</a> Opt. Express. 22 (21), 26016-26022 (2014).</li>
<li>Gustafsson, M. G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonlinear+structured-illumination+microscopy%3A+Wide-field+fluorescence+imaging+with+theoretically+unlimited+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">Nonlinear structured-illumination microscopy: Wide-field fluorescence imaging with theoretically unlimited resolution.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102 (37), 13081-13086 (2005).</li>
<li>Yonemaru, Y., Yamanaka, M., Smith, N. I., Kawata, S., Fujita, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saturated+Excitation+Microscopy+with+Optimized+Excitation+Modulation%5BTitle%5D)+AND+%22ChemPhysChem%22%5BJournal%5D)">Saturated Excitation Microscopy with Optimized Excitation Modulation.</a> ChemPhysChem. 15 (4), 743-749 (2014).</li>
<li>Betzig, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+intracellular+fluorescent+proteins+at+nanometer+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution.</a> Science. 313 (5793), 1642-1645 (2006).</li>
<li>Hell, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Far-field+optical+nanoscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Far-field optical nanoscopy.</a> Science. 316 (5828), 1153-1158 (2007).</li>
<li>Huang, B., Wang, W. Q., Bates, M., Zhuang, X. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+super-resolution+imaging+by+stochastic+optical+reconstruction+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional super-resolution imaging by stochastic optical reconstruction microscopy.</a> Science. 319 (5864), 810-813 (2008).</li>
<li>Heintzmann, R., Jovin, T. M., Cremer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saturated+patterned+excitation+microscopy+-+a+concept+for+optical+resolution+improvement%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+A%22%5BJournal%5D)">Saturated patterned excitation microscopy - a concept for optical resolution improvement.</a> J. Opt. Soc. Am. A. 19 (8), 1599-1609 (2002).</li>
<li>Tzang, O., Pevzner, A., Marvel, R. E., Haglund, R. F., Cheshnovsky, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-Resolution+in+Label-Free+Photomodulated+Reflectivity%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Super-Resolution in Label-Free Photomodulated Reflectivity.</a> Nano Lett. 15 (2), 1362-1367 (2015).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

בפרוטוקול, יש כמה שלבים קריטיים. ראשית, בעת הכנת הדגימות, הצפיפות של חלקיקים לא צריכה להיות גבוהה מדי, כדי להימנע מצימוד plasmonic בין חלקיקים. אם שניים או יותר חלקיקים קרובים מאוד זה לזה, תוצאות הצימוד באורך גל LSPR הסטה לכיוון אורכי גל ארוכים יותר, ובכך להקטין באופן משמעותי את הליניאריות. עם זאת, טכניקת הדמיה זו בעצם ממפה את חלוקת מצבי plasmonic, במקום החלקיקים עצמם. לכן, צפוי כי עם גל עירור מתאים, מצבי plasmonic בשילוב יכולים גם להראות הליניאריות פיזור חזקה וניתן הדמיה עם רזולו...

המחקר של plasmonics משך עניין רב בשל היישומים שלה בתחומים רבים ושונים 1-4. אחד התחומים הנחקרים ביותר בplasmonics הוא plasmonics פני השטח, שבו התנודה הקולקטיבית של זוגות אלקטרונים הולכה עם גל אלקטרומגנטים חיצוני בממשק שבין מתכת ודיאלקטרי. plasmonics המשטח נחקר עבור היישומים הפוטנציאליים שלה באופטיקה subwavelength, biophotonics, ומיקרוסקופיה 5,6. שיפור השדה החזק בנפח קטן במיוחד של חלקיקים מתכתיים בשל תהודת plasmon המשטח מקומי (LSPR) משך תשומת לב רבה, לא רק בגלל הרגישות יוצאת דופן שלה לגדלי חלקיקים, צורות חלקיקים, ומאפיינים דיאלקטרי של המדיום סביב 7 -10, אלא גם בגלל היכולת שלה כדי להגביר את האפקטים אופטיים קוי חלשים מטבעם 11. הרגישות יוצאת דופן של LSPR היא בעל ערך ליו-חישה וליד-אוףטכניקות הדמיה LD 12,13. מצד השני, הליניאריות המשופרת של מבני plasmonic יכולה להיות מנוצלת במעגלים משולבים פוטוניים ביישומים כגון מיתוג אופטי ועיבוד אותות כל-אופטי 14,15. זה ידוע היטב כי קליטת plasmonic היא ליניארי פרופורציונאלי לעוצמת העירור ברמות עצימות נמוכות. כאשר העירור הוא מספיק חזק, הקליטה מגיעה לרוויה. מסקרן, בעוצמות גבוהות יותר, הקליטה מגדילה שוב. השפעות קוי אלה נקראות קליטת saturable (SA) 15-17 ולהפוך קליטת saturable (RSA) 18, בהתאמה. זה ידוע כי בשל LSPR, פיזור הוא חזק במיוחד במבני plasmonic. בהתבסס על אלקטרומגנטיות בסיסית, התגובה של פיזור לעומת עוצמת אירוע צריכה להיות ליניארי. עם זאת, בחלקיקים, פיזור וקליטה קשור קשר הדוק באמצעות תיאורית מ.י., ושניהם יכולים להיות דוארxpressed במונחים של חלקים אמיתיים ומדומים של קבוע דיאלקטרי. בהנחה שGNS אחת מתנהג כמו דיפול תחת תאורת אור, מקדם פיזור (SCA Q) ומקדם קליטה (שרירי בטן) Q מננו-חלקיקי plasmonic אחת על פי תיאורית מ.י. יכולים לבוא לידי ביטוי כ19 <img alt="משוואת 1" src="/files/ftp_upload/53338/53338eq1.jpg" /> כאשר x הוא 2 πa / λ, הוא הרדיוס של הכדור, והמטר 2 הוא ד מ &#39;/ ε ε. הנה, מ &#39;ε וד ε מתאים לקבועי דיאלקטרי של המתכת ושל החומרים דיאלקטריים שמסביב, בהתאמה. מאז בצורה של מקדם הפיזור דומה לזה של המקדם קליטת דואר, זה צפוי ולכן להתבונן פיזור saturable בננו-חלקיקי plasmonic אחת 20. לאחרונה, פיזור saturable קוי בחלקיקי plasmonic מבודדים הודגם לראשונה 21. זה מדהים כי ברוויה עמוקה, עוצמת הפיזור למעשה ירדה מעט כאשר עוצמת העירור מוגברת. עוד יותר להפליא, כאשר עוצמת העירור המשיכה להגדיל לאחר הפיזור הפך רווי, עוצמת הפיזור עלתה שוב, מראה את ההשפעה של הפוך saturable פיזור 20. Wavelength- ומחקרי גודל תלוי הראו קשר חזק בין LSPR וקוי פיזור 21. Dependences העצמה ואורך הגל של פיזור plasmonic מאוד דומה לאלה של ספיגה, המצביעים על מנגנון משותף שבסיס התנהגות לא לינארית אלה. במונחים של יישומים, זה kno גםwn הליניאריות שמסייעת לשפר את הרזולוציה מיקרוסקופיה אופטית. בשינה 2007, עירור רווי מיקרוסקופיה (SAX) הוצע, אשר יכולה לשפר את הרזולוציה על ידי חילוץ האות הרווי באמצעות אפנון סינוסי זמני של קרן עירור 22. מיקרוסקופיה SAX מבוססת על הרעיון כי, לנקודת מוקד לייזר, העצמה היא חזקה במרכז מאשר בפריפריה. אם האות (או הקרינה או פיזור) מציגה הרוויה התנהגות, הרוויה חייבת להתחיל מהמרכז, ואילו התגובה ליניארי נשארה בפריפריה. לכן, אם יש שיטה כדי לחלץ רק חלק הרווי, זה ישאיר רק את החלק המרכזי תוך דחיית החלק ההיקפי, ובכך למעשה שיפור הרזולוציה מרחבית. בעיקרון, יש גבול רזולוציה לא נמוך במיקרוסקופ SAX, כל עוד הוא הגיעה לרוויה עמוקה ואין נזק מדגם בשל התאורה החזקה. הוכח שresolution של הדמיה הקרינה ניתן לשפר באופן משמעותי על ידי שימוש בטכניקת SAX. עם זאת, הקרינה סובלת מאפקט photobleaching. שילוב של גילוי הליניאריות פיזור ואת הרעיון של SAX, יכול להתממש במיקרוסקופ ברזולוציה הסופר מבוסס על פיזור 21. בהשוואה לmicroscopies ברזולוציה סופר הקונבנציונלי, הטכניקה מבוססת הפיזור מספקת שיטת ניגוד הלא הלבנת רומן. במאמר זה, תיאור צעד-אחר-צעד ניתן להתוות את ההליכים הנדרשים על מנת להשיג ולחלץ את הליניאריות של פיזור plasmonic. שיטות לזיהוי אי-לינאריות פיזור הציגה על ידי שינוי עוצמת האירוע מתוארות. פרטים נוספים יינתנו לפענח איך אי-לינאריות אלה משפיעות תמונות של חלקיקים בודדים וכיצד מרחבי רזולוציה ניתן לשפר בהתאם על ידי טכניקת SAX.

<table><tbody><tr><td>גוף מיקרוסקופ</td><td>אולימפוס, יפן</td><td>BX-51</td><td></td></tr><tr><td>עדשת אובייקטיבית</td><td>אולימפוס, יפן</td><td>UPlanSapo, 100X, NA 1.4</td><td></td></tr><tr><td>קולואיד זהב 80 ננומטר</td><td>BBI Solutions, בריטניה</td><td>EM. GC80</td><td></td></tr><tr><td>supercontinuum לייזר</td><td>פיאניום, בריטניה</td><td>SC400-2-PP</td><td></td></tr><tr><td>מראות דיאלקטריות בפס רחב</td><td>Thorlabs, ארה"ב</td><td>BB1-E02</td><td></td></tr><tr><td>פליטת שדה SEM</td><td>JEOL, יפן</td><td>JSM-6330F</td> ספקטרומטר <td>אופציונלי</td></tr><tr><td></td><td>Andor Technology, בריטניה</td><td>שמרוק 163</td><td></td></tr><tr><td>מכשיר מצמד טעינה</td><td>Andor Technology, בריטניה</td><td>iDus DV420A-OE</td><td></td></tr><tr><td>מודולטורים אקוסטו-אופטיים</td><td>IntraAction Corp., ארה"ב</td><td>מגבר נעילה AOM-402AF1</td><td></td></tr><tr><td></td><td>סטנפורד מערכות מחקר, ארה"ב</td><td>SR-830</td><td></td></tr><tr><td>זכוכית שקופיות מצופה MAS</td><td>זכוכית מטסונאמי, יפן,</td> <td>S9215</td><td></td></tr></tbody></table>

מדידת פיזור אי-לינאריות מnanoparticle plasmonic יחיד

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

פלזמוניקה, המבוססת על תנודה קולקטיבית של אלקטרונים עקב עירור אור, מערבת שדות חשמליים מקומיים משופרים מאוד ולכן יש לה יישומים פוטנציאליים באופטיקה לא ליניארית, הדורשת עוצמה אופטית יוצאת דופן. אחת הלא-ליניאריות הנחקרות ביותר בפלזמוניקה היא ספיגה לא ליניארית, כולל התנהגויות רוויה ורוויה הפוכה. למרות שפיזור וספיגה בננו-חלקיקים קשורים קשר הדוק על ידי תיאוריית מיי, לא היה דיווח על אי-ליניאריות בפיזור פלזמוני עד לאחרונה. 
בשנה שעברה הודגמה לראשונה לא רק רוויה, אלא גם רוויה הפוכה של פיזור בחלקיק פלזמוני מבודד. התוצאות הראו כי פיזור רווי מציג תלות ברורה באורך הגל, אשר נראה כי קשורה ישירות לתהודה המקומית של פלזמון פני השטח (LSPR). בשילוב עם המדידות התלויות בעוצמה, התוצאות מצביעות על אפשרות של מנגנון משותף העומד בבסיס ההתנהגויות הלא ליניאריות של פיזור וספיגה. אי-ליניאריות אלה של פיזור מננו-ספירה זהב בודדת (GNS) ישימות באופן נרחב, כולל במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה ובמתגים אופטיים. 
במאמר זה, מתואר בפירוט כיצד למדוד אי-ליניאריות של פיזור בתל"ג יחיד וכיצד להשתמש בטכניקת הסופר-רזולוציה כדי לשפר את רזולוציית ההדמיה האופטית המבוססת על פיזור רווי. תגלית זו כוללת את המיקרוסקופיה הראשונה ברזולוציה גבוהה המבוססת על פיזור לא ליניארי, שהיא שיטת ניגודיות חדשה שאינה מלבינה שיכולה להשיג רזולוציה נמוכה עד l/8 ועשויה להיות שימושית במחקרי ביו-רפואה וחומרים.

איור 6 מציג את הספקטרום הנמדד מGNS 80 ננומטר. עקומה המחושבת על בסיס תיאורית מ.י. ניתנת באותה החלקה, מראה הסכם מצוין. שיא LSPR הוא סביב 580 ננומטר. בניסוי הבא, באורך גל הלייזר היה 532 ננומטר, אשר נבחר כהוא ממוקם בתוך להקת plasmonic כדי לשפר את הפיזור אופטי עם אפקט plasmonic ולאפשר פיזור הרוויה 21. איור 7 מתנות פיזור תמונות של ננו-חלקיקי זהב אחת בעוצמות עירור שונות, והשו...

פיזור רווי ורווי הפוך התגלו בחלקיקים פלזמוניים מבודדים ואומצו כשיטת ניגודיות חדשה ללא הלבנה במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. כאן מוסברים בפירוט ההליכים הניסיוניים של איתור וחילוץ פיזור לא ליניארי, כמו גם כיצד לשפר את הרזולוציה בעזרת מיקרוסקופ עירור רווי.

מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא להדגים שיפור ברזולוציה באמצעות פיזור לא-ליניארי ממבנים ננו-פלסמוניים. בתחום המיקרוסקופיה האופטית, הניגודיות והרזולוציה הם הגורמים החשובים ביותר. הטכניקה שלנו מרחיבה את תחום הרזולוציה-העל (super resolution) באמצעות הפיזור החדש המבוסס על ניגודיות.היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהפיזור מננו-חלקיקים הוא חזק, לא ליניארי מאוד, וללא דהייה (non-bleaching). את הפרוצדורה תדגים Hsuan Lee, סטודנטית מצטיינת מהמעבדה שלי.הניסוי יבוצע על גבי שולחן אופטי, שעליו מיקרוסקופ ושני מקורות לייזר. מקור הלייזר הראשון הוא לייזר עם גל רציף באורך גל של 532 nanometer המשמש לצילום.השני הוא לייזר סופר-קוטינוום (super-continuum) המשמש למדידות ספקטרוסקופיה. זהו תרשים של המערך הבסיסי הן עבור דימות והן עבור ספקטרוסקופיה. הדגימות יורכבו על במה מיצוב פ piezoelectric במיקרוסקופ קונפוקאלי.אור מהלייזר ב-532 nanometer עובר דרך מסנן צפיפות ניטרלית (neutral density filter). הקרן מופנית על ידי מפחלק קרן (beam splitter) למראות גלוונו (galvano mirrors) המספקות סריקת רסטר במישור המוקד של עדשת המיקרוסקופ הקונפוקלי. האור המפוזר לאחור נאסף על ידי העדשה וממוקד על הגלאי.התחל בכיול נתיב התאורה של האור הלבן במיקרוסקופ. השתמש במקור אור הלוגן להארה תחתית (curler illumination). כדי לוודא את כיול הצמצם הפנימי, ודא כי נראים קצוות חדים של המתומן דרך העינית או ה-CCD.בשלב הבא, השתמש בדף נייר כדי לבדוק את נתיב האור החיצוני. ודא שהקרניים מוחזרות חלקית על ידי מפילת הקרן (beam splitter) ומתפשטות לכיוון הלייזר על ידי הזזת הנייר לאורך נתיב האור. כעת, הכן מטרות נייר כדי לסייע בכיול נוסף.המטרות צריכות להיות על נייר דק עם טבעות קונצנטריות. הניחו מטרות אלו לאורך נתיב הקרן כך שיהיו מיושרות עם קרן ההלוגן. כאן, מטרה ממוקמת במפתח האחורי של עדשת העדשה.זוהי מטרה נוספת הממוקמת לאורך הנתיב האופטי. כעת, הדלק את לייזר ה-532 nanometer המשמש לדימות כדי ליישר אותו. השתמש במטרות הנייר כדי לסייע בקולמציה של אור הלייזר הפוגע מול קרן ההלוגן.המשיכו בכיול מדויק יותר של קרן הלייזר לפני הסרת המטרות והמשך התהליך. לאחר כיול הלייזר, השגו דגימה מוכנה של ננו-ספירות זהב עבור הניסוי. דגימה זו מכילה ננו-ספירות זהב בקוטר 80 nanometer בשמן.את התערובת אוטמים בין שתי לוחות זכוכית. המשך בהצבת הדגימה עלבמת המיקרוסקופ ובהוספת שמן לעדשה. בשלב זה, הכן את מערכת הגילוי לצילום.אסוף את האור המפזר באמצעות שפופרת הכפלה פוטואלקטרית (photo multiplier tube) בקצה המסלול האופטי. לאורך מסלול הקרן, מקם חור סיכה (pinhole) בקוטר 20 micrometer כדי לחסום אור מפזר שאינו במיקוד מהשפופרת הכפלה הפוטואלקטרית. המשך בדימות על ידי הפעלת מראות הגלוונו והכפלה הפוטואלקטרית.עקבו אחר מסך המחשב כדי לראות את אות הסריקה האחורית (back scanner) של ננו-חלקיקי הזהב. מקסמו את אות הסריקה האחורית על ידי כיוון מיקום ה-pinhole וגובה במה של הדגימה. לאחר כיול המיקרוסקופ הקונפוקאלי, אפיינו את האי-ליניאריות של הפיזור בדגימה.כדי לעשות זאת, השתמש תחילה במד הספק כדי למדוד את הספק הלייזר לאחר עדשת העדשה. הקריאה צריכה להיות נמוכה מ-10 microwatts, מה שמתאים לעצימות עירור של פחות מ-10 to the fourth watts per centimeter square. לאחר מכן, רכוש תמונה של ננו-חלקיקי הזהב באמצעות שפופרת הכפלת הפוטונים (PMT).פתחו את התמונה שצולמה בתוכנה לניתוח תמונות כדי לאפיין את פרופיל עוצמת הפיזור. בחרו ננו-ספירה של זהב מבין אלו המופיעות בתמונה ושרטטו קו שעובר דרכה. לאחר מכן, בצעו את השלבים הנדרשים בתוכנה כדי להפיק את פרופיל הפיזור.התאימו את הפרופיל להתפלגות גאוסיאנית (gaussian), המאפשרת בדיקה נוספת של יישור מערכת הדימוג. כעת, התחילו לסרוק באופן שיטתי את עוצמות העירור. ראשית, החליפו את מסנן הצפיפות הניטרלית (neutral density filter) כדי להגביר את עוצמת העירור.קבעו את עוצמת העירור החדשה והקליטו את תמונת הפיזור האחורי ברמת העוצמה החדשה. השתמשו בתמונה כדי להוציא פרופיל פיזור של ננו-ספירה כפי שנעשה קודם לכן. שרטטו את פרופיל הפיזור והגדירו את ערכו במרכז הספירה כאות הפיזור.חזור על שלבים אלה מספר פעמים כדי לבנות גרף של אות הפיזור לעומת עוצמת העירור. באיור זה, הנקודות הכחולות מייצגות נתונים. הקו האדום הוא התאמה פולינומיאלית.קיים קשר ליניארי בין אות הפיזור לבין ערכים נמוכים של אנרגיית העירור. הירידה מתחת לקשר ליניארי זה מעידה על כך שהתרחשה רוויה. השלב הבא הוא ביצוע ספקטרוסקופיה על ננו-ספירה בודדת של זהב.סכימה זו מספקת סקירה כללית של המערך. השתמש במקור לייזר super-continuum בעל טווח אורכי גל של 450-1750 nanometers. כמו כן, השתמש במפחית אלומה (beamsplitter) רחב-פס של 50/50 כדי להבטיח כיסוי ספקטרלי על פני הספקטרום הנראה.הצב מראת היפוך לפני שפופרת הכפלת הפוטונים כדי להפנות את האור לעבר הספקטרומטר, שמאובזר במתקן CCD (charge-coupled device). יש ליישר את לייזר הסופר-קוונטינום באמצעות אותו הליך שבו נעשה שימוש עבור לייזר ה-532 nanometer.במוצא של לייזר הסופר-קוטינום (super-continuum), יש לנקוט באמצעי זהירות כדי להסיר הספק אינפרה-אדום עודף מהמערכת. מקמו מראות המשקפות אור נראה במסלול האופטי מיד לאחר מוצא הלייזר, לפני שליחת הקרן למיקרוסקופ. בשילוב עם המראות, השתמשו בבולמי קרן (beam dumps) כדי לאסוף את קרינת האינפרה-אדום שעלולה לגרום נזק למערכת.לאחר יישור הלייזר, רכשו תמונה של ננו-ספירות הזהב. התבוננו בתמונה וזהו ננו-ספירה בודדת למחקר. כווןו את המיקוד של האור רחב-הפס הנכנס אל הננו-ספירה שנבחרה.בשלב הבא, ודאו שהספקטרומטר נמצא בנתיב האופטי. במצב זה, המראה המתהפכת מפנה את האור הפוגע אל שפופרת מכפיל הפוטונים. כוונו מחדש את המראה כדי להפנות את האור הפוגע אל הספקטרומטר.המשיכו לאסוף נתונים על ספקטרום הפיזור של ננו-חלקיק הזהב הבודד. כפי שמוצג בדוגמה זו, הספקטרום הנמדד יהיה תערובת של פיזור ננו-ספירה ורקע הנובע מהחזרים. לאחר קבלת הספקטרום, החזירו את המראה המהפכת למקומה.הפנה אותו לאור ישיר לעבר שפופרת מכפיל הפוטונים. צלם תמונה נוספת כדי לוודא שננו-חלקיק הזהב לא שינה את מיקומו. לאחר מכן, הזז את המיקוד של האור רחב-הסרט לנקודה שבה אין חלקיק.שנו שוב את זווית המראה כדי להפנות את האור לספקטרומטר והמשיכו בביצוע מדידה ספקטרלית נוספת. הספקטרום החדש הוא של הרקע. הוא יופחת מהספקטרום של ננו-ספירה הזהב.להלן ספקטרום פיזור הגב הצלול שהתקבל על ידי חיסור ספקטרום הרקע מהספקטרום עם ננו-ספירות הזהב. מיקרוסקופיית עירור רוויה של הדגימה דורשת מערך שונה. זהו התרשים של מיקרוסקופ העירור הרוויה.מקור הלייזר הוא לייזר של 532 nanometer. השתמש במפליק קרן (beam splitter) של 50/50 כדי ליצור שתי קרניים ממקור הלייזר. העבר כל קרן דרך מודולטור אקוסטי-אופטי (acoustal optic modulator) נפרד.תדרי המודולטור השונים יוצרים תדר פעימה (beat frequency) שישמש כתדר המודולציה של אותי העירור הרוויים. שלבו את קרני העקיפה מסדר ראשון מהמודולטורים האקוסטו-אופטיים באמצעות מפליט קרן (beam splitter) נוסף של 50/50. כדי לנטר את המודולציה הזמנית, השתמשו בלוחית זכוכית כדי להפנות חלק קטן מאור הלייזר אל גלאי פוטוני.כדי לבדוק את המערכת, חברו את גלאי הפוטונים לאוסצילוסקוף. ודאו שלא הוצב דגימה. העריכו את אות גלאי הפוטונים באוסצילוסקוף.האות צריך להיות סינוסואיד בתדר הפעימה (beat frequency) אם האפנון והחפיפה של הקרניים נכונים. בניסוי זה, תדר הפעימה הצפוי הוא 10 kilohertz. יש להשתדל להשיג סינוסואיד מושלם ככל האפשר עם מינימום של אי-ליניאריות.השלב הבא הוא שילוב מגבר נעילה (lock-in amplifier) במערכת. עבור מיקרוסקופיית עירור רוויה, מגבר הנעילה מקבל קלט מהגלאי הפוטואלקטרי וממפנה הפוטונים (PMT). נתק את המוצא של הגלאי הפוטואלקטרי מהאוסצילוסקופ וחבר אותו לכניסת הייחוס של המגבר.חבר את המוצא של שפופרת הכפלת הפוטונים (photo multiplier tube) למגבר הנעילה (lock-in amplifier) ככניסת אות. העבר את המוצא מהמגבר לכרטיס רכישת נתונים. בשלב זה, מקם את הדגימה על בסיס המיקרוסקופ.השתמש באותה דגימה עם ננו-ספירות זהב בעלות קוטר 80 nanometer בשמן, אטומות בין שתי לוחות זכוכית. חזור למגבר ה-lock-in בזמן ביצוע המדידות. הגדר את המגבר לייצא את הגודל המוחלט של אות המתח.במקרה זה, יש לבחור R" בלוח התצוגה של ערוץ 1. שנו את הגדרת רכיב ההרמוני בערוץ הייחוס כדי לקבל את אמפליטודות העירור הבודדות ברוויה. תמונות צבעוניות אלו נוצרו באמצעות תוכנה ייעודית לסנכרון ושילוב האותות ממגבר ה-lock-in וממתחי ההפעלה של מנועי הגלוונו.תמונת מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק היא לצורך השוואה. התמונות מדגימות שיפור ברזולוציה עם רכיבים הרמוניים שונים. הספקטרום שנמדד של ננו-ספירה מזהב בקוטר 80 nanometer מסומן באדום.העקומה הרציפה שחושבה באמצעות תאוריית Mie, מראה התאמה מצוינת. תהודה פלסמונית של פני השטח הממוקמת (LSPR) נמצאת ב-580 ננומטרים. לתמונות הפיזור, למעלה, ולפרופילים הקוויים, למטה, מאפיינים שונים כפונקציה של עוצמת העירור.בעוצמה נמוכה, פונקציית פיזור הנקודה היא בעלת פרופיל גאוסי סטנדרטי. עוצמות גבוהות יותר גורמות לשטוחה והרחבה של הפונקציה, המעידות על רוויה. בערכים גבוהים יותר, העוצמה המרכזית אינה המקסימלית, מה שיוצר פונקציית פיזור נקודה בצורת דונאט.בסופו של דבר, העוצמה המרכזית הופכת שוב לשיא במהלך רוויה הפוכה. נקודות הנתונים הכחולות בגרף זה של העוצמה המרכזית בעוצמות עירור שונות חושפות התנהגות של רוויה ושל רוויה הפוכה. נקודות הנתונים מותאמות לפולינום מדרגה 5 המוצג בצבע אדום.ניתן להשתמש בנתונים אלה כדי לחלץ את מרכיבי תדר ההרמוני. ניתן למצוא את המרכיבים ההרמוניים גם באופן ישיר באמצעות מגבר ה-lock-in. הגרף השמאלי מציג נתונים ניסיוניים.התרשים הימני הוא תוצאה של חישוב באמצעות התאמה פולינומיאלית מסדר 5. שני התרשימים מראים שקעים בעוצמות ספציפיות לאורך העקומות. לדוגמה, שלושה שקעים בהרמוני השני.כמו כן, בכל גרף, עבור כל סדר הרמוני, השיפוע עולה לאחר השקע הראשון. לאחר שליטה בטכניקה, ניתן לבצע אותה בפחות משלוש שעות אם היא מבוצעת כראוי. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לבדוק את איכות האפנון הסינוסואידלי, את הליניאריות של מערכת הגילוי ואת היציבות המכנית של הדגימה.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן להשיג שיפור רזולוציה המבוסס על פיזור לא-ליניארי מננו-מבנים פלסמוניים. טכניקה זו מספקת דוגמה מבטיחה עבור חוקרים בתחום המיקרוסקופיה ברזולוציה-על לבחון ניגודיות חדשה באינטראקציות יסודיות אחרות בין אור לחומר.

measurement-scattering-nonlinearities-from-single-plasmonic

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פינצטה Plasmonic ננו גבישים פוטוניים מוצגים לייצר שיפורים שימושיים בשליטה היעילות ואת האוריינטציה של אופטית השמנה מיקרו ו ננו חלקיקים.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

ננו-חוטי כסף יכולים להעביר בו זמנית אלקטרונים ומידע אופטי בצורה של פלזמונים על פני השטח. מתואר כאן נוהל למימוש מעגלים משותפים כאלה והמגבלות בהפצת שני נושאי המידע מוערכות.

הערכת הובלה פלזמונית בננו-חוטי כסף נושאי זרם

אנו משתמשים במעקב אופטי של חלקיקי plasmonic לחקור ולאפיין את התנועות בתדירות של אורגניזמים ימיים.

ניתוח התנועה של Nauplius &#39;<em&gt; סלינה הארטמיה</em&gt; &quot;על ידי מנגנון עקיבה האופטי של Plasmonic חלקיקים

פרוטוקול לסינתזה קולואידים של nanocubes כסף ייצור של אנטנות תיקון ננו plasmonic עם פערים תת-10 ננומטר מוצג.

סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics

תהליך ייצור השבבים כי משלבת פינצטה plasmonic מוצג כאן. השבב מאפשר הדמיה של חלקיק לכודים למדוד כוחות לכידה מירבית.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

אנו מתארים הליך ללכוד שטיחות מיקרו-חלקיקים בתוך סריג אופטי nanoplasmonic.

השמנה של חלקיקי מיקרו סריג אופטי Nanoplasmonic

אנחנו מדגימים הזיוף של מערכים nanocup זהב תקופתיים באמצעות טכניקות ליטוגרפית colloidal ולדון את החשיבות של סרטים nanoplasmonic.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

פרוטוקול זה מתאר את אינסטרומנטציה עבור קביעת את עירור ו צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח דמוי בלוך polaritons הנובעים מערכים תקופתיים.

הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח Polaritons

Nanorods זהב plasmonic יכול להיות לכוד בתוך נוזלים, מסובב בתדרים kHz באמצעות מלקחיים אופטיים מקוטב באופן מעגלי. היכרות עם כלים dynamics בראונית ניתוח של scatteringspectroscopy אור מוביל מערכת חזקה עבור מחקר ויישום בתחומים רבים של המדע.

הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב

המטרה של פרוטוקול זה היא לפרט גישה מוכחת להכנת דגימות הפלמונית ננו-חלקיק ולביצוע ספקטרוסקופיית חלקיקים בודדים עליהם בעזרת מיקרוסקופ בניגוד להפרעות דיפרנציאליות (DIC).

מבצע ספקטרוסקופיית על חלקיקי פלמונית עם מיקרוסקופ ניגוד מבוסס שידור מסוג Nomarski הפרעות דיפרנציאליות

כאן, אנו מראים את השימוש במיקרוסקופיה מסורתית של שדה כהה כדי לפקח על הדינמיקה של nanorods זהב (AuNRs) על קרום התא. המיקום והכיוון של AuNRs יחיד מזוהים באמצעות ImageJ ו- MATLAB, והמדינות המפוזרות של AuNRs מאופיינים בניתוח מעקב אחר חלקיקים בודדים.

הדמיה של דינמיקה דיפוזיונית של ננו-ירדס זהב על קרום התא באמצעות מיקרוסקופיה אחת של ננו-חלקיקים בדארקפילד

חקור שיפור רזולוציה במיקרוסקופיה אופטית באמצעות פיזור לא-לינארי מננו-חלקיקים פלזמוניים. השיטה מציעה ניגודיות חזקה ולא מתכלית לחקר מבנים ננומטריים.

מדידת פיזור אי-לינאריות מNanoparticle Plasmonic יחיד

גלה סרטונים נוספים