Name: סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: למד סינתזה קולואיד של ננוקוביות כסף לייצור אנטנות Nanopatch בתחום הפלזמוניקה והננופוטוניקה. שיטה זו מאפשרת חיזוק פלואורסצנציה משמעותי באמצעות שליטה במבנה הננומטרי.

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

playerTrialDesktop

עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר של החוקרים הצעירים של משרד המחקר המדעי של חיל האוויר (AFOSR, Grant. לא. FA9550-15-1-0301).

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

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

Nanocubes הכסף היו מסונתז כימי באמצעות תנאי תגובה דומים סינתזות שדווחו בעבר. 2,12,17-20 סינתזה זו מאפשרת הייצור של nanocubes עם אורכים בצד הנעים בין 50 ל 100 ננומטר. לדוגמא, זמן חימום אופייני 2.5 שעות יגרום nanocubes עם אורכים בצד של ~ 75 ננומטר. זמן סינתזה יותר (&gt; hr 3) יוביל חלקיקים גדולים יותר, לעומת זאת, זה עלול גם לגרום צורות שונות כגון nanocubes לקצץ או תמניון. הפתרון הסופי היה centrifuged ו מחדש תלוי מים ללא יונים, ועלול להיות מאוחסן במשך חודש אחד לפחות במקרר ב 4 ° C ללא כל שינוי בולט בספקטרום הפיזור של תהודות plasmon. 12 הגודל והצורה של nanocubes Ag מהתהליך שהוצג בפרוטוקול לעיל הם מאוד רגישים הניקוי של RBF, הכובע שלו והבר בחישה וכן טיב מענה EG. NanopartiCles עם צורות שונות כגון חלקיקים מעוגלים או מוארכים הוא סימן שיש בעיה סבירה עם אף אחת מהפעולות האלה בסינתזה. על כן מומלץ כי צעדי 1.1.1-1.1.4 ו 1.2.1-1.2.2 חשובים באופן קריטי. באיור 4 ב ספקטרום הפיזור שנאסף אנטנת nanopatch יחידה מוצג אשר מציגה תהודת plasmon חזקה ב 650 ננומטר. כזה תהודה מצביעה על כליאה במצב מעולה באזור הפער בין nanocube Ag וקולנוע Au מתאפשר על ידי nanocubes באיכות גבוהה. בנוסף, על מנת לקבל ספקטרום כזה, הוא נדרש גם כי המדגם הוא נקי, שכבות spacer (שכבות PE) יש עובי אחיד וכי סרט Au הבסיסית הוא חלקה. תהודת plasmon החזקה היא אישור נוסף על ידי בנתונים המוצגים איור 4C שבו אנטנות nanopatch בודדות ניתן לצפות בתמונת השדה הכהה באיור 4d שבו קרינה גדולההשיפור הוא ציין של מולקולות Cy5 ממוקמות באזור הפער. ראוי גם לציין כי nanocubes Ag לחמצן לאורך זמן למרות ציפוי PVP כאשר נחשפו לאוויר ובכך מומלץ מדידות אופטיות צריכות להתבצע ביום המדגם הוא מוכן או בתוך 1 עד 3 ימים. כדי למזער חמצון, מומלץ כי דגימות אנטנת nanopatch לאחסן ואקום או גז חנקן. השיטה המוצגת במאמר זה מאפשר ייצור של nanocubes Ag ואנטנות nanopatch plasmonic עם ממדים מבוקר היטב ניצול סינתזה קולואידית ותהליך שכבה אחר שכבה לטבול ציפוי. לעומת טכניקות אחרות כגון ליתוגרפיה קרן אופטי או אלקטרונים, הטכניקה המוצגת כאן מציעה את הפוטנציאל עבור עלות נמוכה וייצור בקנה מידה גדולה תוך הפקת התפלגות גודל צרה של חלקיקים. אנטנות nanopatch plasmonic המוצגות במאמר זה גם להחזיק הבטחה גדולהננו חדש על ידי עיצוב מפגין מאפיינים ייחודיים אשר לא יכול להתקיים עמיתיהם מקרוסקופית שלהם. בפרט, nanoantennas אלה הראה שיפור קרינה-שיא של מולקולות צבע מוטבע עולה 30,000; 12 שיפורי שיעור פליטה ספונטניים של 1,000; פליטה מהירה ספונטנית תשואה קוונטית גבוהה. 13,14 בנוסף, הוכיח כי קרינה מצמידה את תערוכת אנטנות nanopatch אלה פליטה מאוד כיוונית שהוא קריטי עבור יישומים בם צימוד גלאי חיצוני או סיבי מצב יחידים נדרש. יישומים עתידיים של אנטנות תיקון ננו עשויים לנוע בין התקנים אופטו מהירים, כגון דיודות פולטות אור, כדי photodetectors יעילות גבוהה התקנים פוטו, חישה וטכנולוגיות עיבוד מידע קוונטי. 12-14

בשנים האחרונות, סינתזה קולואידית של חלקיקים ואת ההרכבה של אלה לתוך מבנים מתקדמים משכו אינטרסים רבים הוא במחקר פיתוח תעשייתי. 1-4 סינתזה קולואיד של יש חלקיקים מספר יתרונות על פני ננו המפוברק lithographically כולל ההומוגניות גודל מעולה, עלות נמוכה ואת אפשרות של בקנה מידה גדולה, ייצור מקביל. חלקיקי מתכת כגון כסף (Ag) וזהב (Au) יכול לתמוך polaritons plasmon משטח מקומי ויש להם את היכולת להגביל אור בכרך קטן בהרבה לגבול השתברות. 1,3-5 עוצמת השדה גבוהה וכתוצאה מכך יוצר משופרת המקומי צפיפות מצבים המאפשרים אינטראקציות אור-משנה כדי להיות מותאמת על הננומטרי. מאמצים אחרונים הוכיחו נהלים לסנתז חלקיקים Ag ו- Au במגוון רחב של גדלים וצורות, כולל משולשים, 4,6 כלובים, 3,4 ומוטות4,7,8 בנוסף nanocubes דן כאן. ננו מורכב מכמה nanocomponents Ag או Au גם היה מפוברק תכונות מותאמות הוכחה. 1,9-11 הנה, אנחנו מדגימים הליך לסנתז nanocubes Ag ויותר מכך, כדי זוג nanocubes Ag אלה עם סרט Au מקורית כדי ליצור אנטנות nanopatch plasmonic. המרחק בין nanocubes Ag והסרט Au ניתן לשלוט עם רזולוציה ננומטר ~ 1 באמצעות סדרה של שכבות spacer polyelectrolyte. אנחנו גם מדגימים כיצד לשלב מדיום פעיל, כגון צבע אורגני, לתוך אנטנות nanopatch plasmonic. בשל שדות אלקטרומגנטיים מוגבלים מאוד באזור הפער בין nanocubes וסרט Au, אנטנות nanopatch יכולות לשמש קרינה משופרת מאוד ופליטה ספונטנית של מולקולות צבע המוטבעות. 12,13 השיטות שהוצגו במאמר זה ניתן להכליל כדי קרינת אחרים, such כמו נקודות קוונטיות מצב מוצק קולואידים 14 או חומרים מוליכים למחצה דו ממדים, 15 ואת תהודת plasmon יכול להיות מכוון על פני טווח ספקטרלי רחב על ידי שינוי הגודל של nanocubes או הפער.

<table><tbody><tr><td colspan="4"><חזק>ריאגנטים</חזק></td></tr><tr><td>אתילן גליקול&nbsp;</td><td>J.T. Baker</td><td>9300</td><td>חייב להיות נטול מים</td></tr><tr><td>נתרן הידרוסולפיד הידרט&nbsp; &nbsp;</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>161527</td><td></td></tr><tr><td>פולי וינילפירולידון&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>856568</td><td></td></tr><tr><td>חומצה הידרוכרורית BDH ARISTAR PLUS</td><td>VWR International</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>כסף trifluoroacetate&nbsp;</td><td>סיגמא אולדריץ</td>' <td>482307</td><td>לאחסן במקום חשוך</td></tr><tr><td>אצטון</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>48358</td><td></td></tr><tr><td>חומצה חנקתית</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>7697-37-2</td><td>מרוכז (70%), לניקוי</td></tr><tr><td>פולי (אלילמין) הידרוכלוריד (PAH)</td> <td>סיגמא-אולדריץ</td>' <td>283215</td><td></td></tr><tr><td>פוליסטירן סולפונט&nbsp; (נ.ב.ס)</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>561223</td><td></td></tr><tr><td>נתרן כלורי&nbsp;</td><td>מקרון בע"מ</td><td>7647</td><td></td></tr><tr><td>Sulfo-Cyanine5 חומצה קרבוקסילית (Cy5)</td><td>Lumiprobe</td><td>13390</td><td>צבע פלואורסצנטי (משקל מולקולרי: 664.76 גרם/מול)<</td></tr><tr>td colspan="4" ><חזק>ציוד</חזק></td></tr><tr><td>פלטה לערבוב עם בקרת טמפרטורה</td><td>VWR International</td><td>89000-338</td><td></td></tr><tr><td>מערבלי מערבולת</td><td>VWR International</td><td>10153-834</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוצנטריפוגה</td><td>נוזל</td> סיליקון דגם <td>תרמו-מדעי</td> 59A<td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>63148-62-9</td><td></td></tr><tr><td>מטלר טולדו</td><td>בקנה מידה מיקרו</td><td>דגם ML 104/03</td><td></td></tr><tr><td>מאייד מתכת קרן אלקטרונים&nbsp;</td><td>מאייד קרן אלקטרונית של CHA Industries</td><td></td><td>ממוקם בתוך חדר נקי</td></tr><tr><td>מגלשות זכוכית מנוקות מראש</td><td>Schott North America, Inc.</td><td>זכוכית נקסטריון B&nbsp;</td><td>חדר נקי מראש</td></tr><tr><td>25 מ"ל 24/40 בקבוק תחתון עגול</td><td>VWR International</td><td>60002-290</td><td></td></tr><tr><td>מוט ערבוב מגנטי</td><td>VWR International</td><td>58948-116</td><td></td></tr><tr><td>מיקרופיפטות (1&ndash; 10&nbsp; מ"ל, 10&ndash; 100&nbsp; מ"ל ו-100&ndash; 1,000&nbsp; ml)</td> <td>VWR אמבט</td> ניקוי אולטרסאונד בינלאומי <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>ברנסון אולטרסאונד</td><td>דגם 1510R-DTH</td><td></td></tr><tr><td>שעון עצר</td><td>VWR צינורות</td> צנטריפוגה בינלאומיים <td></td><td></td></tr><tr><td>של אפנדורף (1.5&nbsp; ml)</td> צינורות חרוט <td>VWR International</td><td>22364111</td><td></td></tr><tr><td>פולי (פרופילן) (50&nbsp; מ"ל)</td> <td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>נבנה ביתי מיקרוסקופ</td><td></td><td></td> בהיר/שדה כהה <td>75 W קסנון מקור אור לבן, Nikon BF/DF 50X ELWD 0.55 NA, 8.2 מ"מ WD אובייקטיבי, מצלמה דיגיטלית Nikon D90, ספקטרומטר Acton 2300i, פוטומטריה מצלמת מכשיר מצמד מטען CoolSnap HQ (CCD)</td></tr><tr><td>הוא לייזר (633&nbsp; ננומטר), 5&nbsp; mW</td><td>Newport Corp.</td><td>R-30990</td><td></td></tr><tr><td>השתקפות סטנדרטית</td><td>Lab Sphere</td><td>דגם SRS-99-010</td><td></td></tr><tr><td>מסנן לייזר ארוך 633&nbsp; ננומטר</td><td>סמרוק</td><td>LP02-633RU-25</td><td></td></tr></tbody></table>

סינתזה קולואיד של אנטנות nanopatch עבור יישומים plasmonics ו nanophotonics

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

אנו מציגים שיטה לסינתזה קולואידים של nanocubes הכסף והשימוש אלה בשילוב עם סרט זהב חלק, לפברק אנטנות תיקון ננו plasmonic. זה כולל נוהל מפורט עבור ייצור של שכבות דקות עם עובי מבוקר היטב על פני שטחים מקרוסקופית באמצעות שכבה אחר שכבה בתצהיר של פולימרים polyelectrolyte, כלומר פולי (allylamine) הידרוכלוריד (PAH) ו sulfonate קלקר (PSS). שכבות spacer polyelectrolyte אלו משמשים פער דיאלקטרי בין nanocubes כסף וסרט זהב. על ידי שליטה על גודל nanocubes או עובי הפער, התהודה plasmon יכול להיות מכוון מכ -500 ננומטר ל -700 ננומטר. בשלב הבא, אנחנו מדגימים איך לשלב חומצה קרבוקסילית sulfo-cyanine5 אורגני (Cy5) מולקולות צבע לאזור הפער פולימר דיאלקטרי של אנטנות nanopatch. לבסוף, אנו מראים משופרת קרינה מאוד של צבעי Cy5 ידי התאמת ספקטרלית תהודת plasmon עם אנרגית עירור tהוא Cy5 שיא ספיג. השיטה המוצגת כאן מאפשרת ייצור של אנטנות plasmonic nanopatch עם ממדים מבוקר היטב ניצול סינתזה קולואידית ותהליך שכבה אחר שכבה לטבול ציפוי עם פוטנציאל בעלות נמוכה ייצור בקנה מידה גדול. אנטנות nanopatch אלה מחזיקות הבטחה גדולה עבור יישומים מעשיים, למשל חישה, התקנים אופטו מהירים ועבור photodetectors היעילות גבוהה.

כאן, אנו מציגים תוצאות תצגנה את המאפיינים של אנטנות plasmonic nanopatch, כוללים תמונות SEM של המבנה המדגם, ספקטרום החזרה של אוסף של אנטנות nanopatch וקשת פיזור מ אנטנת nanopatch יחידה. האנרגיה של תהודה plasmon של אנטנות nanopatch תלוי בגודל של nanocubes, עובי האזור הפער דיאלקטרי, כלומר, מספר שכבות PE, כמו גם חומר דיאלקטרי. בשנת הנוהל שהוצג לעיל השגנו nanocubes Ag עם אורך צד ממוצע של 75 ננומטר פינות מעוגלות מעט (רדיוס העקמומיות ~ 10 ננומטר) מצופה בשכבת PVP עם עובי מוערך של 1-3 ננומטר. בשילוב עם 5 שכבות PE וקולנוע זהב, תוצאה זו תהודת plasmon המרוכזת ב ~ 650 ננומטר עם רוחב מלא ב-חצי מרבי (FWHM) של ~ 50 ננומטר. יש זה בתורו טוב חפיפה ספקטרלית עם גל קליטה ופליטה של ​​tהוא Cy5 מולקולות אשר מרוכז ב 646 ו 662 ננומטר, בהתאמה. איור 3 א מציג תמונת SEM של מדגם עם ריכוז גבוה של nanocubes. nanocubes אלה הופקדו על גבי סרט Au עם 5 שכבות PE. SEM תמונות כאלה משמשות כדי לאמת את האיכות הכוללת של סינתזת nanocube; עם זאת, דגימות אלה אינן מנוצלים עבור מדידות אופטיות נוספות כמו הצפיפות של nanocubes היא גבוהה מדי. בנוסף, בשל הצפיפות הגבוהה, nanocubes כמה לא משקר על המשטח שהוא חיוני כדי ליצור את מבנה אנטנת nanopatch plasmonic. איור 3 ב מציג תמונה SEM של מדגם של nanocubes מפוברק באמצעות פתרון nanocube אשר דולל בפקטור של 1/10. דגימה זו משמשת למדידות שבו רפלקטיביות של אור לבן מן אנסמבל של אנטנות nanopatch נמדד על מנת לקבוע אתתהודת plasmon הכוללת. איור 3 ג מציגה תמונת SEM של מדגם של nanocubes מפוברקת באמצעות פתרון nanocube אשר דולל בפקטור של 1/100. דגימה זו משמשת לפיזור מדידות של אנטנת nanopatch פרט. השימוש בפתרון nanocube בדילול מאפשר אנטנות nanopatch פרט להיות מבודד מרחבית לעבר מטוס תמונה באמצעות חריר קטן. איור 4 א מראה ספקטרום רפלקטיביות, לאחר נורמליזציה עם רקע בהיר ולבן, נמדד ממדגם דומה לזו שאתה רואה אותו בתמונה SEM באיור 3 ב. איור 4B מראה ספקטרום פיזור מ אנטנה nanopatch יחיד דומה המדגם המוצג תמונת SEM באיור 3C. איור 4C מראה תמונת שדה אפלה של מדגם אנטנת nanopatch (שהוכנה על ידי 1/10פתרון 0 בדילול nanocube התפזרו על סרט זהב עם 5 PE שכבות) שצולמו על ידי מצלמה דיגיטלית ניקון D90. הנקודות האדומות הבהירות שנצפו הן בשל פיזור של אור לבן מאנטנות nanopatch פרט. כמה כתמים הם נצפו יש צבעים אחרים מאשר אדום, שהוא תוצאה של nanocubes עם בגדלים שונים או חלקיקים גדולים עם צורות בלתי מעוקב. איור 4D מציג שני ספקטרום קרינה, אחד נמדד אנטנת nanopatch יחידה (ממדגם דומה לזה המוצג באיור 3C) והשני ממדגם שליטה מורכב זכוכית שקופית עם אותו מספר שכבות PE והצפיפות של Cy5 מולקולות צבע. עוצמת הקרינה ממולקולות Cy5 מצמידות את אנטנת nanopatch היא הרבה יותר חזקה מאשר בשקופית הזכוכית. תוצאת משיעור עירור משופר כמו גם דפוס קרינה שונה ויעילות קוונטית המוגברת של מולקולות הצבע. 1<html> 2 לאחר התיקון עבור קרינת רקע ו נרמול ליחידת שטח על ידי חלוקת השטח מתחת nanocube עם גודל נקודת עירור, 12 נקבל גורם שיפור של ~ 12,000 מהנתונים שמוצגים באיור 4D. גורמים שיפור זה הוא קטן לעומת השווי שדווח בעבר 30,000 12 הנראה בשל השימוש של Au במקום סרט Ag, הגדלת הפסדים הלא מקרין. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig1.jpg" /> באיור 1. התקנת ציוד עבור Ag nanocube סינתזה. (א) תצלום של ההתקנה ציוד מראה באמבטיה חימום על גבי פלטה חשמלית ערבוב עם בקרת טמפרטורה. (ב) תקריב של הבקבוק מסביב לתחתית (RBF) המכיל את פתרון nanocube במהלך הסינתזה. ההתקנה ממוקמת בתוך במנדף עם אוורור אוויר נאות.TPS: //www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig2.jpg" /> איור 2. תמונות של פתרון nanocube. (א) פתרון Nanocube לאחר סינתזת 2.5-hr ו- (ב) לאחר העברת צינורות קטנים מחדש מושעה במי דה מיונן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" width="700" /> איור 3. אפיונים SEM של nanocubes Ag. (א) התמונה SEM של מדגם nanocube מרוכז, (ב) מדולל (1/10)nanocube מדגם, ו (ג) מדגם nanocube מדולל (1/100). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" width="700" /> איור 4. אפיונים אופטיים של אנטנות nanopatch. (א) ספקטרום השתקפות מנורמל נמדד אנסמבל של אנטנות nanopatch (פתרון nanocube הלא מדולל). (ב) ספקטרום פיזור מ אנטנת nanopatch יחידה (1/100 מדולל פתרון nanocube). (ג) תמונה כהה שדה של מדגם האנטנה nanopatch (1/100 פתרון nanocube מדולל) נלקח תחת תאורה של אור לבן. כל נקודה בצבע אדומה בוהקת מתאימה אנטנת nanopatch plasmonic פרט. (ד) הקרינה מן מולקולות צבע Cy5 להטביעטוליפ אין באנטנת nanopatch (קו מוצק אדום) בהשוואה לזו של שקופית זכוכית עם ריכוז זהה של צבעי Cy5 (קו מקווקו שחור). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

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

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 ...

המטרה הכללית של פרוצדורה ניסויית זו היא להדגים טכניקה לייצור אנטנות nanopatch שיכולות לאפשר אינטראקציות מותאמות בין אור לחומר, כגון פלואורסצנציה מוגברת באופן משמעותי. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בקהילות הננו-פוטוניקה והפלסמוניקה, כגון כיצד להשיג הגברה גבוהה של פלואורסצנציה ובקרה על תתי-תהליכים קשורים אחרים. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת ייצור של ננו-אנטנות בקנה מידה רחב, כאשר ניתן לשלוט בגודל המאפיין הקריטי ברמה של ננומטר בודד.את הפרוצדורה זו ידגימו Thang Hoang, עמית פוסט-דוקטורט, ו-Jiani Huang, סטודנטית לתואר מתקדם מהמעבדה שלי. התחילו את הליך הסינתזה על ידי טבילת בקבוק תחתית עגולה נקי לתוך אמבט החימום, לעומק של כ-10mm בנוזל. לאחר מכן, השתמשו במיקרופיפט כדי להעביר 10mL של ethylene glycol, או EG, אל בקבוק התחתית העגולה.סגרו את הבקבוק בעזרת הפקק והמתינו 20 דקות. מטרת שלב זה היא לנקות את הבקבוק באמצעות EG. לאחר 20 דקות, הסירו את הפקק ולאחר מכן הרימו את הבקבוק בעל התחתית העגולה מתוך אמבט החימום. הוציאו את התפסן כולו, שכן תמיסת ה-EG חמה.שפכו את 10mL של EG לתוך מיכל לפסולת, תוך כדי וידוא שמוט ערבוב המגנטי לא נופל החוצה. החזירו את הבקבוק לאמבט החימום. השתמשו במיקרופיפט כדי להוסיף 5mL של EG לבקבוק וסגרו את הפקק.לאחר המתנה של 5 דקות, הסר את הפקק והשתמש במיקרופיפט כדי להעביר 60 µL של sodium hydrosulfide hydrate אל הבקבוק. החזר את הפקק למקומו והמתן שתי דקות. לאחר שתי דקות, הסר את הפקק והשתמש במיקרופיפט כדי להעביר 500 µL של תמיסת חומצה כלורית (hydrochloric acid) אל הבקבוק.השתמש מיד במיקרופיפטה כדי להוסיף 1.25mL של תמיסת ה-PVP אל הבקבוק, לפני סגירתו חזרה והמתנה של שתי דקות. לאחר הסרת הפקק, השתמש במיקרופיפטה כדי להעביר 400 microliters של תמיסת silver trifluoroacetate אל הבקבוק, וסגור את הפקק. המתן במשך 2.5 שעות.בשלב זה נוצרים הננו-קוביות של הכסף. לאורך זמן זה, יש להפחית את תאורת החדר למינימום. לאחר 2.5 שעות, כבו את המחמם, אך השאירו את הערבוב פעיל כדי למנוע שריפה של הנוזל בתחתית.השתמשו במהבק כדי להרים את הבקבוק מעל אמבט החימום, והסירו את הפקק. לאחר מכן, הוציאו את הבקבוק מאמבט החימום כדי לאפשר לו להתקרר מהר יותר. לאחר כ-20 דקות, הוסיפו 5mL של acetone לבקבוק.ערבבו במכשיר vortex כדי לערבב היטב את התמיסות. לבסוף, הנפח הכולל של התמיסה הוא 12mL. באמצעות מיקרופיפט, העבירו את התמיסה הסופית לשמונה מבחנות פלסטיק קטנות בנפח 1.5mL.סבבו שפירגות אלו שמונה מבחנות במהירות של 5,150 Gs למשך עשר דקות. כתוצאה מכך, כל ננו-קוביות הכסף יימצאו בתחתית המבחנות. השתמשו במיקרופיפט כדי להסיר את הנוזל העליון (supernatant), והשאירו כ-100 microliters בתחתית כל מבחנה.לאחר מכן, יש להוסיף 1mL של מים דה-יוניים לכל אחד מהמבחנות הללו. יש לערבב ב-Vortex ולבצע סוניקציה למבחנות. הננו-קוביות תלויות כעת בעיקר במים דה-יוניים.חזור על שלב הסבוב וההשעיה פעם נוספת. ראשית, שקיע שכבת polyalleleamine hydrochloride, או PAH, על ידי טבילת דף הזהב בתמיסת PAH למשך חמש דקות. פעולה זו יוצרת שכבת PAH מעל דף הזהב בעובי של כ-1 nanometer.לאחר חמש דקות, שטפו את שכבת הזהב במים דה-יוניים נקיים. כעת קיימת שכבת PAH אחת על גבי שכבת הזהב. לאחר מכן, טבלו את שכבת הזהב עם שכבת ה-PAH הבודדת בתמיסת sodium chloride למשך דקה אחת.בשלב הבא, טבלו את שכבת הזהב עם שכבת PAH הבודדת בתוך תמיסת polystyrene sulfonate, או PSS, למשך חמש דקות. פעולה זו יוצרת שכבת PSS בעובי של כ-1 nanometer מעל שכבת ה-PAH. המשיכו בתהליך זה עד להשבחה של סה"כ חמש שכבות פוליאלקטרוליט על שכבת הזהב.טפטפו 100 µL של תמיסת cyanine-5 בריכוז 25 µM על פני השטח של הדגימה. לאחר מכן, הניחו זכוכית כיסוי נקייה מעל טיפת התמיסה. מולקולות ה-cyanine-5 ייטמעו באופן אחיד בשכבות הפוליאלקטרוליט העליונות.לאחר עשר דקות, שטפו את הדגימה במים דה-יוניים, וייבשו אותה באמצעות גז חנקן נקי. כדי ליצור אנטנות ננו-פאץ' (nanopatch antennas), דללו את תמיסת הננו-קוביות שהוכנה פי 100 באמצעות מים דה-יוניים, כדי לאפשר מחקר אופטי של אנטנות ננו-פאץ' בודדות. השתמשו במיקרופיפט כדי להניח טיפה של 20 µL מתמיסת הננו-קוביות המדוללת על זכוכית כיסוי נקייה.הנח את הדגימה במגע עם זכוכית הכיסוי למשך שתי דקות. כתוצאה מכך, ננו-קוביות הכסף מקבעות על שכבת ה-PAH העליונה, כיוון שהננו-קוביות שסונתזו כאן טעונות בשליליות, ושכבת ה-PAH העליונה טעונה בחיוביות. לאחר שתי דקות, שטוף את הדגימה במים דה-יוניים ויבש אותה באמצעות גז חנקן נקי.מוצגות כאן תמונות מייצגות של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) של ננו-קוביות הכסף שהתקבלו מהפרוצדורה זו. כאן, הדגימה הוכנה באמצעות תמיסה לא מדוללת של ננו-קוביות. בעוד שבתמונות אלו, הדגימה דוללה פי עשרה ופי מאה.בכל המקרים, נצפו ננו-קוביות בגודל אחיד יחסית, המאופיינות בפינות חדות עם רדיוס עיקול של כ-10 nanometers. מוצגות כאן אפיוני אופטיקה מייצגים של אנטנות הננו-פאץ' (nanopatch) הסופיות עם מולקולות צבע cyanine-5 מוטמעות. מדידות השתקפות של מאסוף אנטנות ננו-פאץ' מראות תהודה פלסמונית אופיינית ב-650 nanometers.מדידות פיזור של נאנו-אנטנות בודדות מראות תהודה באותו אורך גל, אך עם רוחב צר יותר. תמונות שדה אפל של הדגימה מראות נקודות מוגבלות-דיפרקציה בצבע אדום אחיד, מה שמעיד על כך שלרוב אנטנות ה-nanopatch יש תהודות דומות מאוד בשל הומוגניות הגודל הטובה של הננו-קוביות שיוצרו. לבסוף, נצפתה הגברה גבוהה של פלואורסצנציה של מולקולות צבע cyanine-5 המשובצות.ברגע שתשלטו בטכניקת הייצור הזו, ניתן להשלימה תוך חמש שעות אם היא מבוצעת כראוי. לאחר פיתוחה, סללה טכניקה זו את הדרך עבור חוקרים בתחומי הננו-פוטוניקה והפלסמוניקה לחקור את האינטראקציה היסודית של מתכות יישומיות ואפשרויות ליישומים במכשירים אופטואלקטרוניים בעלי משטחים ייחודיים, כולל דיודות פולטות אור, מחזירי אור בעלי יעילות גבוהה ומדעי המידע הקוונטי. לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי אופן ייצורם של אנטנות ננו-טלאים (nanopatch antennas) באמצעות ננו-קוביות כסף מסונתזות קולואידלית, כדי לאפשר אינטראקציות מוגברות בין אור לחומר.

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

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

צינורות זהב הפתרון suspendable עם ממדים מבוקרים יכולים להיות מסונתזים על ידי תצהיר אלקטרוכימי בתחמוצת ממברנות נקבוביות anodic אלומיניום (AAO) באמצעות ליבת פולימר הידרופובי. צינורות זהב ומערכי Nanotube הבטחה עבור יישומים בbiosensing plasmonic, ספקטרוסקופיית ראמאן המשופרת קרקע, חימום צילום תרמי, הובלה יונית ומולקולרית, מיקרופלואידיקה, קטליזה ואלקטרוכימי חישה.

תבנית בימוי סינתזה של צינוריות זהב Plasmonic עם ספיג IR מתכוונן

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

טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה.

טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית

כאן, אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של חלקיקי מגנטים plasmonic עם מומנט מגנטי חזק וספיג חזק קרוב אינפרא אדום (NIR). הפרוטוקול כולל גם נטיית נוגדן לחלקיקים דרך מחצית Fc עבור יישומים ביו שונים הדורשים מיקוד ספציפי מולקולרי.

Nanoclusters סינתזה של Immunotargeted מגנטתי plasmonic

אנו מדווחים על פרוטוקולים ל"פילמור" סוגים שונים של ננו-חלקיקי מתכת עטופים בפולימר לשרשראות ארוכות של "הומו-" ו"קו-פולימרים".

באמצעות Polystyrene-<em&gt; בלוק</em&gt; -poly (חומצה אקרילית) -coated מתכת חלקיקים כמו מונומרים להומו- ושיתוף פילמור

מתבצעת סינתזה של ננו-חלקיקי זהב אחידים המצופים בקליפות מוליכים למחצה של CdS או ZnS. ציפוי המוליכים למחצה מתבצע על ידי הפקדת מעטפת גופרתית כסף והחלפת קטיוני הכסף בקטיוני אבץ או קדמיום.

סינתזה, אפיון, ואת Functionalization של תקליטורים היברידי Au / ו Au / ZnS Core / Shell חלקיקים

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 לצילום אנאיזוטרופי של המשטרה על מימית-מושעה Au nanorods באמצעות הפנים מקומי פליום הריגוש מוצג.

הפקדת המשטרה על הננו-מפלסי על ידי משטח פלשני הריגוש

מוצג כאן הוא פרוטוקול לסינתזה של כסף פלדיום (Ag-Pd) חלקיקי מסגסוגת (NPs) נתמך על ZrO2 (Ag-Pd / ZrO2). מערכת זו מאפשרת קצירת אנרגיה מהקרנת אור נראה כדי להאיץ ולשלוט טרנספורמציות מולקולריות. זה מאויר על ידי הפחתת nitrobenzene תחת הקרנה קלה מזורז על ידי Ag-Pd / ZrO2 NPs.

הכנת חלקיקי כסף-פלדיום לסגסוגת עבור קטליזה פלסמונית תחת תאורת אור גלוי

כאן, הסינתזה של זרעי זהב (Au) מתוארת בשיטת Turkevich. זרעים אלה משמשים לאחר מכן לסנתז ננו-חלקיקים מסגסוגת בדיל זהב (Au-Sn) עם תכונות פלסמוניות מתכווננות.

סינתזה מימית של ננו-חלקיקי סגסוגת זהב-בדיל פלסמוניים

למד סינתזה קולואיד של ננוקוביות כסף לייצור אנטנות Nanopatch בתחום הפלזמוניקה והננופוטוניקה. שיטה זו מאפשרת חיזוק פלואורסצנציה משמעותי באמצעות שליטה במבנה הננומטרי.

סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics

גלה סרטונים נוספים