Name: Costruzione e funzionamento di un sistema motore basato su luce oro Nanorod Rotary (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: Impara a misurare rotazione e coppia a scala nanometrica utilizzando pinze ottiche a polarizzazione circolare. Questo metodo consente la rotazione stabile di nanorod d'oro per studiare la dinamica browniana e il trasferimento di momento angolare ottico.

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Questo lavoro è stato supportato dal Knut e Alice Wallenberg Foundation, Consiglio di ricerca svedese e la zona di Chalmers di Advance nanoscienza e nanotecnologia.

<ol><li>Andrén, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+photothermal+effects+on+optically+trapped+gold+nanorods+by+simultaneous+plasmon+spectroscopy+and+brownian+dynamics+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Probing photothermal effects on optically trapped gold nanorods by simultaneous plasmon spectroscopy and brownian dynamics analysis.</a> ACS Nano. 11 (10), 10053-10061 (2017).</li>
<li>Shao, L., Yang, Z. -J., Andrén, D., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanorod+rotary+motors+driven+by+resonant+light+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Gold nanorod rotary motors driven by resonant light scattering.</a> ACS Nano. 9 (12), 12542-12551 (2015).</li>
<li>Lehmuskero, A., Ogier, R., Gschneidtner, T., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+spinning+of+gold+nanoparticles+in+water+using+circularly+polarized+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Ultrafast spinning of gold nanoparticles in water using circularly polarized light.</a> Nano Letters. 13 (7), 3129-3134 (2013).</li>
<li>Šípová, H., Shao, L., Odebo Länk, N., Andrén, D., Käll, M. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.8b00034">Photothermal DNA release from laser-tweezed individual gold nanomotors driven by photon angular momentum.</a> ACS Photonics. , (2018).</li>
<li>Hajizadeh, F., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=optica-4-7-746">Brownian fluctuations of an optically rotated nanorod.</a> Optica. 4 (7), 746-751 (2017).</li>
<li>Tong, L., Miljkovic, V. D., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alignment%2C+rotation%2C+and+spinning+of+single+plasmonic+nanoparticles+and+nanowires+using+polarization+dependent+optical+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Alignment, rotation, and spinning of single plasmonic nanoparticles and nanowires using polarization dependent optical forces.</a> Nano Letters. 10 (1), 268-273 (2009).</li>
<li>Lehmuskero, A., Li, Y., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+particles+set+into+fast+orbital+motion+by+an+optical+vortex+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Plasmonic particles set into fast orbital motion by an optical vortex beam.</a> Optics Express. 22 (4), 4349-4356 (2014).</li>
<li>Lehmuskero, A., Johansson, P., Rubinsztein-Dunlop, H., Tong, L., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+trapping+of+colloidal+metal+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Laser trapping of colloidal metal nanoparticles.</a> ACS Nano. 9 (4), 3453-3469 (2015).</li>
<li>Shao, L., Käll, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201706272/full">Light-driven rotation of plasmonic nanomotors.</a> Advanced Functional Materials. , In Press (2018).</li>
<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+letters%22%5BJournal%5D)">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Optics letters. 11 (5), 288-290 (1986).</li>
<li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+scientific+instruments%22%5BJournal%5D)">Optical trapping.</a> Review of scientific instruments. 75 (9), 2787-2809 (2004).</li>
<li>Chu, S., Hollberg, L., Bjorkholm, J. E., Cable, A., Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+viscous+confinement+and+cooling+of+atoms+by+resonance+radiation+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional viscous confinement and cooling of atoms by resonance radiation pressure.</a> Physical Review Letters. 55 (1), 48(1985).</li>
<li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+metallic+Rayleigh+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of metallic Rayleigh particles.</a> Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).</li>
<li>Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stretching+DNA+with+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Stretching DNA with optical tweezers.</a> Biophysical journal. 72 (3), 1335-1346 (1997).</li>
<li>Friese, M. E. J., Nieminen, T. A., Heckenberg, N. R., Rubinsztein-Dunlop, H. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/nature/journal/v394/n6691/abs/28566.html">Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles.</a> Nature. 394 (6691), 348-350 (1998).</li>
<li>Gao, W., Wang, J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/nr/c4nr03124e">Synthetic micro/nanomotors in drug delivery.</a> Nanoscale. 6 (18), 10486-10494 (2014).</li>
<li>Li, M., Lohmüller, T., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+injection+of+gold+nanoparticles+into+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical injection of gold nanoparticles into living cells.</a> Nano Letters. 15 (1), 770-775 (2014).</li>
<li>Nelson, B. J., Kaliakatsos, I. K., Abbott, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microrobots+for+minimally+invasive+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+review+of+biomedical+engineering%22%5BJournal%5D)">Microrobots for minimally invasive medicine.</a> Annual review of biomedical engineering. 12, 55-85 (2010).</li>
<li>Balk, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kilohertz+rotation+of+nanorods+propelled+by+ultrasound%2C+traced+by+microvortex+advection+of+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Kilohertz rotation of nanorods propelled by ultrasound, traced by microvortex advection of nanoparticles.</a> ACS Nano. 8 (8), 8300-8309 (2014).</li>
<li>Chen, H., Shao, L., Li, Q., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanorods+and+their+plasmonic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Gold nanorods and their plasmonic properties.</a> Chemical Society Reviews. 42 (7), 2679-2724 (2013).</li>
<li>Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMaier%2C+SA+%22Plasmonics%3A+fundamentals+and+applications%22">Plasmonics: fundamentals and applications</a>. , Springer Science & Business Media. (2007).</li>
<li>Xu, H., Bjerneld, E. J., Käll, M., Börjesson, L. <a target="_blank" href="https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.83.4357">Spectroscopy of single hemoglobin molecules by surface enhanced Raman scattering.</a> Physical Review Letters. 83 (21), 4357(1999).</li>
<li>Chen, H., Kou, X., Yang, Z., Ni, W., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape-and+size-dependent+refractive+index+sensitivity+of+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Shape-and size-dependent refractive index sensitivity of gold nanoparticles.</a> Langmuir. 24 (10), 5233-5237 (2008).</li>
<li>Ruijgrok, P. V., Verhart, N. R., Zijlstra, P., Tchebotareva, A. L., Orrit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brownian+fluctuations+and+heating+of+an+optically+aligned+gold+nanorod%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Brownian fluctuations and heating of an optically aligned gold nanorod.</a> Physical Review Letters. 107 (3), 037401(2011).</li>
<li>Pelton, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+alignment+of+single+gold+nanorods+by+using+plasmon+resonances%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and alignment of single gold nanorods by using plasmon resonances.</a> Optics Letters. 31 (13), 2075-2077 (2006).</li>
<li>Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expanding+the+optical+trapping+range+of+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Expanding the optical trapping range of gold nanoparticles.</a> Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).</li>
<li>Ni, W., Ba, H., Lutich, A. A., Jäckel, F., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+Single-Nanoparticle+Surface-Chemistry+by+Plasmonic+Overheating+in+an+Optical+Trap%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Enhancing Single-Nanoparticle Surface-Chemistry by Plasmonic Overheating in an Optical Trap.</a> Nano Letters. 12 (9), 4647-4650 (2012).</li>
<li>Liu, M., Zentgraf, T., Liu, Y., Bartal, G., Zhang, X. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nnano.2010.128">Light-driven nanoscale plasmonic motors.</a> Nature nanotechnology. 5 (8), 570-573 (2010).</li>
<li>Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+control+of+microfluidic+components+using+form+birefringence%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">All-optical control of microfluidic components using form birefringence.</a> Nature Materials. 4 (7), 530-533 (2005).</li>
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<li>Bonin, K. D., Kourmanov, B., Walker, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+torque+nanocontrol%2C+nanomotors+and+nanorockers%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Light torque nanocontrol, nanomotors and nanorockers.</a> Optics Express. 10 (19), 984-989 (2002).</li>
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<li>Andres-Arroyo, A., Wang, F., Toe, W. J., Reece, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+heating+in+optically+trapped+au+nanoparticles+measured+by+dark-field+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Intrinsic heating in optically trapped au nanoparticles measured by dark-field spectroscopy.</a> Biomedical Optics Express. 6 (9), 3646-3654 (2015).</li>
<li>Ye, X., Zheng, C., Chen, J., Gao, Y., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+binary+surfactant+mixtures+to+simultaneously+improve+the+dimensional+tunability+and+monodispersity+in+the+seeded+growth+of+gold+nanorods%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods.</a> Nano Letters. 13 (2), 765-771 (2013).</li>
<li>Arias-González, J. R., Nieto-Vesperinas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+forces+on+small+particles%3A+attractive+and+repulsive+nature+and+plasmon-resonance+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22JOSA+A%22%5BJournal%5D)">Optical forces on small particles: attractive and repulsive nature and plasmon-resonance conditions.</a> JOSA A. 20 (7), 1201-1209 (2003).</li>
<li>Berg-Sörensen, K., Flyvbjerg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Power+spectrum+analysis+for+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Power spectrum analysis for optical tweezers.</a> Review of Scientific Instruments. 75 (3), 594-612 (2004).</li>
<li>Gittes, F., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+model+for+back-focal-plane+displacement+detection+in+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Interference model for back-focal-plane displacement detection in optical tweezers.</a> Optics Letters. 23 (1), 7-9 (1998).</li>
<li>Verre, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metasurfaces+and+colloidal+suspensions+composed+of+3D+chiral+Si+nanoresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Metasurfaces and colloidal suspensions composed of 3D chiral Si nanoresonators.</a> Advanced Materials. 29 (29), (2017).</li>
<li>Verre, R., Odebo Länk, N., Andrén, D., Šípová, H., Käll, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201701253/abstract">Large-scale fabrication of shaped high index dielectric nanoparticles on a substrate and in solution.</a> Advanced Optical Materials. , In Press (2018).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

L'installazione di intrappolamento ottico descritto in questo protocollo è costruito intorno a un microscopio invertito commerciale e utilizza la luce laser rosso. Tuttavia, le tecniche descritte sono versatili e possono essere utilizzate per costruire la pinzetta ottica polarizzata circolarmente intorno più commerciale o casa costruita microscopi, entrambi in posizione verticale e invertito, con solo lievi alterazioni. La lunghezza d'onda del laser di registrazione dei colori possa essere scelti all'interno di uno spettro NIR largo visibile–, come il resto dei componenti ottici e rivelatori sono funzionali a questa lunghezza d'onda specifica. Tuttavia, quando si sceglie una lunghezza d'onda del laser, le dimensioni e la spettrale vicinanza alle risonanze delle particelle per essere manipolato dovrebbe essere considerati perché questo influenzerà le forze di intrappolamento ottico e rotazione prestazioni2,5, la grandezza di photothermal effetti1e la stabilità di intrappolamento26. In precedenza abbiamo lavorato con successo con pinzette laser circolarmente polarizzata utilizzando lunghezze d'onda laser di 660, 785, 830 e 1064 nm.
Uno dei più importanti componenti del setup dell'intrappolamento ottico è l'obiettivo del microscopio. L'obiettivo in questo protocollo è un obiettivo asciutto con NA = 0,95. L'uso di un obiettivo asciutto è sperimentalmente una realizzazione più semplice dell'installazione; Tuttavia, comporta aberrazioni ottiche a causa di rifrazione nelle interfacce delle cellule del campione. Nel caso di specie, il risultato è un punto di messa a fuoco leggermente allargata (~1.2 µm) rispetto al limite di diffrazione (~0.4 µm), ma questo non cambia in modo significativo le prestazioni generali o rotativa della piattaforma. In linea di principio, una vasta gamma di obiettivi del microscopio può essere utilizzato, a condizione che abbiano buona trasmissione a lunghezza d'onda di intrappolamento, polarizzazione buona manutenzione e abbastanza lunga distanza di lavoro per eseguire la registrazione dei colori attraverso un microscopio vetrini coprioggetto e strato d'acqua. In caso di intrappolamento 2D, il NA può essere relativamente basso, che rende l'intero esperimento più semplice e fornisce un pulitore polarizzazione circolare nel fuoco. Tuttavia, potenze laser superiori potrebbero essere richiesti che in caso di un alto obiettivo di NA. Nella nostra esperienza, le migliori prestazioni per il trapping, spettroscopia di rotazione e campo scuro è ottenuta con obiettivi con NA 0,7-0.95, ma è possibile utilizzare obiettivi NA inferiori così come superiori.
Per ottenere buona fotone misure di correlazione di moto rotatorio, è necessario un veloce singolo-detector. Scegliere un rivelatore con una larghezza di banda di almeno due, preferibilmente dieci, volte superiore rispetto alla frequenza di rotazione prevista moltiplicata per il fattore di degenerazione di forma e alta sensibilità alla lunghezza d'onda di registrazione dei colori utilizzati. Amplificato Si fotorivelatori, singolo fotone conteggio APDs e PMTs sono stati utilizzati con successo in diverse configurazioni di memoria nei nostri laboratori. Ulteriori informazioni, ad esempio sulla rigidità di trappola, possono essere ottenuti misurando ed analizzando cilindrata translational delle particelle usando tecniche consolidate come l'analisi spettrale di potere5. Un numero di precedenti pubblicazioni descriva diverse varianti di questa tecnica38,39. Spettroscopia di DF può essere eseguita utilizzando un vasta gamma dello spazio libero o fibra accoppiata spettrometri e la scelta dovrebbe essere basata sull'intervallo spettrale e la lunghezza d'onda e la risoluzione temporale necessario per lo studio pianificato.
Quando si esegue un esperimento di intrappolamento, ulteriori particelle possono entrare accidentalmente la trappola. Questo può essere rilevato mediante il monitoraggio della frequenza di rotazione, che fluttuerà fortemente dovuto la dispersione. Ispezione visiva da microscopia DF può essere utilizzato per verificare la presenza di una particella aggiuntiva, nel qual caso la fase può essere spostata per evitare ulteriori disturbi o l'esperimento deve essere riavviato.
Il sistema sopra descritto è un modo semplice ed efficiente per realizzare confinamento 2D e rotazione di nanoparticelle metalliche. Tuttavia, per alcune applicazioni, il grado di libertà supplementare per la manipolazione che viene fornito con intrappolamento 3D è importante, e la configurazione attuale è pertanto una limitazione. Tuttavia, rotazione e confinamento 3D potrebbe essere realizzabile utilizzando contatore propagazione pinzette laser o configurazioni di intrappolamento più esotiche.
Anche se i parametri delle particelle e sistema discussi qui possono essere ottimizzati per ridurre photothermal riscaldamento a ~ 15 K4, l'aumento di temperatura connesso con eccitazione plasmoniche di nanoparticelle metalliche può essere problematico in alcuni applicazioni. Un possibile percorso verso ulteriore riduzione di calore consiste nell'utilizzare nanoparticelle dielettriche ad alto indice anziché particelle plasmoniche. Tali particelle forti risonanze di scattering di Mie-tipo di supporto, ma allo stesso tempo presentano coefficienti di basso assorbimento intrinseco. Recentemente siamo stati in grado di produrre nanoparticelle Si risonante colloidali che potrebbero rivelarsi utili in questo rispetto40,41.

I metodi presentati in questo articolo consente di replicare quelli utilizzati nel nostro precedente lavoro1 per studiare gli effetti di photothermal su scala nanometrica che influenzano motori rotanti basati su luce oro nanorod. Varianti della piattaforma sperimentale è stato utilizzato in albergo diverse pubblicazioni relative2,3,4,5,6,7,8, 9.
Pinzette ottiche sono ampiamente utilizzate per il controllo di posizione, forza e momento lineare trasferimento a scale di lunghezza piccola in fisica, biologia e ingegneria10,11,12,13,14 . Quantità di moto angolare trasportato da luce circolarmente polarizzata può essere impiegato per ulteriori motion control perché continuamente trasferire coppia a oggetti intrappolati15. Combinando il trasferimento ottico lineare e angolare, è quindi possibile costruire nanomotori invasivo rotativo con potenziale per diverse applicazioni, come ad esempio la somministrazione di farmaci in singole cellule16,17, su scala nanometrica Chirurgia18e nanofluidica attivo19, tra gli altri.
Usando nanoparticelle metalliche come oggetto di manipolazione guidato luce, uno in grado di sfruttare i vantaggi della risonanza plasmonica di superficie localizzata (LSPR), che forniscono grandi sezioni trasversali ottiche, elevata sensibilità ai cambiamenti ambientali e grande campo miglioramenti20,21,22,23. Ciò ha portato ad una ricchezza degli studi al confine tra la plasmonica e manipolazione ottica8,24,25,26,27. L'interazione luce-materia forte fornito da LSPR ci ha permesso di progettare una piattaforma dove sono in grado di pilotare oro nanorod a girare alle frequenze di rotazione record in acqua2pinzette laser polarizzata circolarmente. Registrando il moto browniano di un rotazione nanorod, dettagliate informazioni su ambiente e temperatura ottenibile3,5. L'analisi spettroscopica simultanea fornisce un canale di ulteriori informazioni indipendenti per analisi temperatura locale e la stabilità morfologica del nanorod rotante1. Una gamma di sistemi e configurazioni sono stati utilizzati per lo studio e l'applicazione di movimento rotatorio a Pinzetta ottica, generando importanti intuizioni entro il campo15,28,29,30 , 31 , 32. Tuttavia, la maggior parte di questi studi hanno trattati con oggetti parecchi micrometri di diametro mentre un singolo nanorod dà accesso al regime di dimensione nanometrica. Inoltre, quando oro nanorod sono usati come il nanomotore rotativo, coppia di torsione è efficientemente trasferiti principalmente tramite dispersione2,33. Questo diminuisce il rischio di surriscaldamento delle particelle intrappolate3,34,35.
Nel metodo riportato di seguito, abbiamo delineare i passaggi necessari per costruire un sistema capace di intrappolamento ottico efficiente e rotazione di nanoparticelle metalliche. L'oro nanorod considerato in questi studi hanno alta dispersione sezioni trasversali, e la pressione di radiazione risulta per essere più forte della forza di gradiente contrastando in direzione di propagazione. Per ancora confinare le particelle in 3D, utilizziamo la forza dell'equilibrio tra repulsione di Coulomb da una superficie di vetro e la forza di dispersione di laser nella direzione di propagazione. Questa configurazione di 2D-intrappolamento espande notevolmente la gamma di particelle intercettabile, rispetto alla Pinzetta ottica 3D standard, e può essere facilmente combinato con spettroscopia e imaging ottico campo scuro.
Una nanoparticella di metallo intrappolata e rotazione interagisce con l'ambiente, e informazioni dettagliate su questa interazione sono contenuti nel suo movimento e le proprietà spettrali. Dopo aver descritto come costruire la pinzetta ottica polarizzata circolarmente, abbiamo pertanto anche delineare come integrare strumentazione per sondare la dinamica di rotazione e misurare gli spettri di scattering di Rayleigh nel setup sperimentale. Il risultato è una piattaforma versatile per lo studio di fenomeni di rotazione su scala nanometrica in fisica, chimica e biologia.
Questo protocollo si presuppone che il ricercatore abbia accesso alle nanoparticelle di metallo colloidale adatte, preferibilmente singolo nanorod di oro cristallino. Nanorod oro possono essere acquistati da aziende specializzate o sintetizzato in casa utilizzando metodi di bagnato-chimica. Nanorod utilizzato nei nostri esperimenti sono state fatte con il metodo di crescita mediata dal seme descritto in Ye et al. 201336. È vantaggioso se la morfologia e le proprietà ottiche delle nanoparticelle sono ben caratterizzate, ad esempio mediante misure di estinzione ottica e microscopia elettronica a scansione (SEM). Figura 1 Visualizza i dati registrati da tali misure per nanorod rappresentante tipi1.
Un contorno del protocollo è come segue: nella prima sezione, descriviamo la costruzione di pinzette ottiche basate su polarizzazione circolare. Nella seconda sezione, descriviamo come estrarre informazioni dal nanomotore registrando le sue proprietà di scattering e la dinamica di rotazione. La frequenza di rotazione e la rotazione moto browniano delle particelle intrappolate è misurata utilizzando la spettroscopia a correlazione di fotoni da proiettare luce retrodiffusa laser filtrata attraverso un polarizzatore lineare su un veloce singolo pixel detector3. Inserendo i dati a una funzione di autocorrelazione teorica, sia la frequenza di rotazione e il tempo di decadimento della diffusione rotazionale browniano possono essere estratti2,3. Le proprietà ottiche della nanoparticella intrappolata e rotante sono misurate usando la spettroscopia del campo scuro, che fornisce informazioni complementari sulla particella ed il relativo ambiente. Nella terza sezione, descriviamo la procedura sperimentale per l'intrappolamento e la rotazione di nanorod oro.
Il protocollo descritto fino a questo punto è un percorso semplice per un sistema funzionante di Pinzetta ottica polarizzata circolarmente per rotazione delle nanoparticelle. Tuttavia, a volte problemi che richiedono ulteriore attenzione. Nella quarta sezione, descriviamo alcuni dei problemi comuni che abbiamo incontrato e come risolverli. Questi includono questioni relative alla proprietà ottiche delle nanoparticelle che conducono alla stabilità trappola poveri (4.1), basse frequenze di rotazione a causa della polarizzazione circolare suboptimale causato da beamsplitter birifrangenza (4.2), attaccando delle nanoparticelle sulla superficie di vetro a causa di insufficiente repulsione di Coulomb (4.3) e la deviazione dal segnale caratteristico autocorrelazione (4.4).

<table><tbody><tr><td>Nanoparticelle</td><td></td><td></td> d'oro <td>Acquistato o coltivato in casa</td></tr><tr><td>Microscopio invertito commerciale</td><td>Nikon</td><td>Eclipse TI</td><td></td></tr><tr><td>Laser di trappola</td><td>Cobolt</td><td>Flamenco 05-01&nbsp;</td><td>660 nm</td></tr><tr><td>Obiettivo</td><td>Nikon</td><td>CFI Plan Apo Lambda 40X</td><td></td></tr><tr><td>Occhiali di sicurezza laser</td><td>Thorlabs</td><td>LG4</td><td></td></tr><tr><td>Componenti optomeccanici assortiti per il montaggio delle ottiche.</td><td></td><td></td><td>Una gamma di montature, montanti e componenti di qualsiasi azienda</td></tr><tr><td>Lente 1 telescopio Keplarian</td><td>Thorlabs</td><td>AC254-035-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>Lens 2 Telescopio Keplarian</td><td>Thorlabs</td><td>LA1725-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>Specchi rivestiti in argento</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Montature per specchi cinematici</td><td>Thorlabs</td><td>KM100</td><td></td></tr><tr><td>Stadio di traslazione</td><td>Thorlabs</td><td>PT1/M</td><td>Quantità: 2</td></tr><tr><td>50/50 R/T Beamsplitter</td><td>Chroma</td><td>21000</td><td></td></tr><tr><td>CMOS camera</td><td>Andor</td><td>Zyla 5.5</td><td></td></tr><tr><td>Quarto d'onda (QWP, &lambda;/4)</td><td>Thorlabs</td><td>AQWP05M-600</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di potenza</td><td>Thorlabs</td><td>PM100USB</td><td></td></tr><tr><td>Sensori di potenza a fotodiodo</td><td>Thorlabs</td><td>S121C</td><td></td></tr><tr><td>Polarizzatore lineare</td><td>Thorlabs</td><td>LPVIS050</td><td>Per la misurazione della polarizzazione laser</td></tr><tr><td>Supporto di rotazione a 360 gradi</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Mezza piastra d'onda (HWP, &lambda;/2)</td><td>Thorlabs</td><td>AHWP05M-600</td><td>Utilizzato se la polarizzazione non è sufficiente con il solo</td></tr><tr><td>condensatore QWP Oil DF</td><td>Nikon</td><td>C-DO Dark Field Condenser Oil&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>30/70 R/T Beamsplitter</td><td>Chroma</td><td>21009</td><td></td></tr><tr><td>Rivelatore Si veloce</td><td>Thorlabs</td><td>PDA36A-EC</td><td></td></tr><tr><td>Modulo di acquisizione dati</td><td>National Instruments</td><td>USB-6361</td><td></td></tr><tr><td>Fiber 400 &; m dimensione del nucleo</td><td>Thorlabs</td><td>M74L01</td><td></td></tr><tr><td>montatura xy-traslazione</td><td>Thorlabs</td><td>LM1XY/M</td><td></td></tr><tr><td>Polarizzatore lineare</td><td>Spettrometro LPVIS050</td><td></td><td></td>Thorlabs</tr><tr><td></td><td>Princeton Instruments&nbsp;</td><td>IsoPlane SCT320&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera CCD per spettrometro</td><td>Princeton Instruments&nbsp;</td><td>PyLoN&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Filtro ad intaglio</td><td>Semrock</td><td>NF03-658E-25</td><td></td></tr><tr><td>Filtro ad intaglio</td><td>Thorlabs</td><td>NF658-26</td><td></td></tr><tr><td>Bagno per pulizia ad ultrasuoni</td><td>Branson</td><td>Branson 3510&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Vetrino per microscopio</td><td>Ted Pella</td><td>260202</td><td></td></tr><tr><td>n. 1.5 Vetrini coprioggetti</td><td>VWR</td><td>630-2873</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanolo</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Detergente di base</td><td>Hellma</td><td>Hellmanex III</td><td>Pulizia se l'incollaggio delle particelle è un problema</td></tr><tr><td>Distanziatore a tenuta sicura</td><td>Thermo Fisher</td><td>S24735</td><td>Nastro distanziatore con foro, per la realizzazione di celle campione</td></tr><tr><td>Olio da immersione</td><td>Zeiss</td><td>444960-0000-000&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PS beads</td><td>Microparticles GmbH</td><td>PS-R-5.0</td><td></td></tr><tr><td>Spettrofotometro</td><td>Agilent</td><td>Cary 5000 UV-Vis-NIR</td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>Zeiss</td><td>Ultra 55 FEG SEM</td><td></td></tr><tr><td>Pinzette</td><td></td><td></td><td>Qualsiasi marca</td></tr></tbody></table>

costruzione e funzionamento di un sistema motore basato su luce oro nanorod rotary

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

La possibilità per generare e misurare la rotazione e la coppia a scala nanometrica è di fondamentale interesse allo studio e all'applicazione di nanomotori biologico e artificiale e può fornire nuove rotte verso analisi unicellulare, studi di non-equilibrio termodinamica e azionamento meccanico dei sistemi su nanoscala. Un modo facile per rotazione consiste nell'utilizzare la luce polarizzata circolarmente laser concentrata in pinzette ottiche. Utilizzando questo approccio, nanoparticelle metalliche possono funzionare come altamente efficienti motori rotanti scattering-driven filatura alle frequenze di rotazione senza precedenti in acqua.
In questo protocollo, abbiamo delineare la costruzione e l'esercizio di pinzette ottiche circolarmente polarizzati per rotazione di nanoparticelle e descrivere la strumentazione necessaria per la registrazione il dynamics browniano e Rayleigh scattering delle particelle intrappolate. Il movimento di rotazione e gli spettri di dispersione fornisce informazioni indipendenti sulle proprietà della nanoparticella e l'ambiente circostante. La piattaforma sperimentale si è dimostrato utile come un misuratore nanoscopica di viscosità e temperatura locale, per tenere traccia delle modifiche morfologiche di nanorod e rivestimenti molecolari e come un trasduttore e sonda di photothermal e processi termodinamici.

La rotazione e il moto browniano rotazionale di un oro nanorod che correttamente viene intercettato nelle pinzette laser circolarmente polarizzata può essere sondata registrando fluttuazioni di intensità di dispersione della luce (Figura 3a) utilizzando un rivelatore di singolo pixel. Uno spettro di autocorrelazione di questo segnale contiene un componente oscillatorio, simile a quella mostrata nella Figura 3b. che può essere in forma per una funzione di autocorrelazione teorica. Il raccordo consente l'estrazione della frequenza di rotazione e il tempo di decadimento di autocorrelazione, che è legato alle fluttuazioni browniana rotazionale, dei nanorod.
Come accennato nel protocollo (istruzioni 4.4.2), è essenziale utilizzare un nucleo di fibra sufficientemente spessa per raccogliere la luce retrodiffusa laser per spettroscopia a correlazione di fotoni. Se questo non è il caso, un termine ulteriore decadimento legato alla traduzione delle particelle dentro e fuori il volume sonda sarà presente nella funzione di correlazione, vedere la Figura 4. Attraverso un'attenta analisi, questo potrebbe fornire ulteriori informazioni sul sistema; Tuttavia, complica l'analisi della dinamica rotazionale browniana contenuta nei dati.
Per ottenere gli spettri di dispersione DF corretti da nanoparticelle intrappolate, come descritto nella sezione 3.5, i dati spettrali crudi devono essere calibrato. Ciò avviene registrando lo spettro di lampada di illuminazione, nonché un spettro di fondo (Figura 5a). Messa a fuoco di luce laser intensa a una superficie di vetro, come il substrato contro cui sono intrappolati nanorod, quando alcuni fluorescenza potrebbe essere generato (si veda il contributo spettrale rosso nello spettro sfondo della Figura 5a). Questa contaminazione di fluorescenza può essere ridotto utilizzando substrati di silice fusa. Tuttavia, in ogni caso è altamente consigliato per registrare uno spettro di sfondo con pinzette ottiche vuote presso la potenza del laser corretta. Quando viene registrato uno spettro di scattering e tutte le componenti spettrali non legate alla dispersione delle nanoparticelle effettivo sono state compensate per, lo spettro può essere montato in scala di energia con una funzione di raccordo bi-Lorentzian per estrarre le informazioni relative alla Posizioni di picco LSPR (Figura 5b).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig1.jpg"> Figura 1: immagini al SEM e spettri di estinzione ensemble per due lotti rappresentativo nanoparticella. un) Barra della scala è di 200 nm. b) il blu/rosso bordered immagini al SEM in un) corrispondono allo spettro rosso/blu, rispettivamente. I picchi spettrali relazionati al LSPRs trasversali e longitudinali sono chiaramente distinguibili. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig2.jpg"> Figura 2: illustrazione schematica del programma di installazione di pinzette ottiche per misure di rotazione di nanoparticella. Luce laser è collimata e ampliato attraverso un telescopio kepleriano e successivamente guidato l'obiettivo attraverso l'uso di due specchi mobili (M1, M2) e un beamsplitter (BS). Due birifrangenti nel percorso del laser ottimizzano la polarizzazione circolare delle pinzette ottiche (λ/2, λ/4). Luce laser backscattered possa essere ritirate dopo un polarizzatore lineare per spettroscopia a correlazione di fotoni e la dinamica di rotazione misurazioni. Dopo aver rimosso la luce laser, luce bianca diffusa è guidata da uno spettrometro o una macchina fotografica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig3.jpg"> Figura 3: dati rappresentativi di intensità e autocorrelazione con curva adattano per una trappola e rotante nanorod. un) Fluttuazioni di intensità registrate dal rivelatore singolo pixel dopo un polarizzatore lineare per 1s e una trama ingrandita delle fluttuazioni. b) dati di autocorrelazione di fluttuazione di intensità per un nanorod oro rotante (punti blu), raccolti da luce retrodiffusa laser. I dati mostrano un'oscillazione che decade dopo alcuni periodi. L'oscillazione è relativo alla frequenza di rotazione di nanorod, considerando che il decadimento è movimento browniano rotatorio. Viene eseguita una misura della funzione di autocorrelazione teorico (linea rossa) per estrarre una frequenza di rotazione di f = 24285 ± 45 Hz e una correlazione decadimento tempo τ0 = 40,9 ± 1.06 µs. Le incertezze di0 f e τrappresentano gli intervalli di confidenza del 95% della fit, che ha un coefficiente di determinazione (R2) di 0.9877. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig4.jpg"> Figura 4: problema con un volume troppo piccola sonda in correlazione fotone. misure di spettroscopia un) Dati di autocorrelazione per un nanorod oro rotante, raccolti tramite una spessa (400 µm, blu dati) e una sottile (62,5 µm, dati rossi) della fibra. Insieme utilizzando una fibra spessa assicura che il nanorod è sempre limitato all'interno del volume di sonda e che la funzione di autocorrelazione misure solo la dinamica di rotazione. Un termine ulteriore decadimento dovuto traslazionale browniano è presente quando il volume di sonda è insufficiente. In b) e c), illustrazioni schematiche dell'effetto vengono mostrate immagini della regione collezione retro-illuminato. Barre della scala sono 2 µm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig5.jpg"> Figura 5: spettri di dispersione del campo scuro esemplare registrato per un oro nanorod otticamente intrappolati dalla luce di laser 660 nm. La regione spettrale 630-670 nm (1.85-1,97 eV) è distorto a causa di filtri notch necessari per bloccare la luce del laser di intrappolamento. un) spettri Raw scattering (blu scuro) presentano caratteristiche che non sono inerenti alla dispersione della particella e devono essere calibrati per. Questi includono lo spettro di sfondo (rosso), che contiene autofluorescence eccitato dalla luce di laser altamente concentrati, e lo spettro di eccitazione di luce bianca (arancione, registrato senza filtro notch). Dopo la calibrazione, lo spettro di dispersione corretto (blu chiaro) Mostra due picchi distinti LSPR come previsto. Le frecce indicano la scala per ogni spettro. b) spettro di Scattering per un nanorod intrappolati (punti blu) insieme a una vestibilità alla funzione del modello bi-Lorentzian (rossa) con i suoi componenti (azzurro e arancio). La regione spettrale distorta è ignorata nel raccordo dei dati e la fit ha un R2 di 0.9975. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Plasmoniche nanorod oro possono essere intrappolati in liquidi e ruotato a frequenze kHz utilizzando pinzette ottiche polarizzata circolarmente. L'introduzione di strumenti per l'analisi dinamica browniano e luce scatteringspectroscopy conduce ad un potente sistema di ricerca e applicazione in numerosi campi della scienza.

Costruzione e funzionamento di un sistema motore basato su luce oro Nanorod Rotary

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

L'obiettivo generale di questo sistema sperimentale è quello di generare e misurare la rotazione e la coppia su scala nanometrica utilizzando pinzette ottiche polarizzate circolarmente. Gli oggetti rotanti possono essere interrogati utilizzando strumentazione aggiuntiva per l'analisi della dinamica browniana e la spettroscopia di diffusione della luce. Questo metodo può aiutarci a rispondere a domande chiave nella fisica termica e ottica su scala nanometrica.Ad esempio, relativo alla diffusione browniana di nanoparticelle e al trasferimento del momento angolare ottico in una nanoparticella. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente una rotazione stabile delle nanoparticelle ad alte frequenze e che le misurazioni forniscono informazioni dettagliate sulla nanoparticella e sui suoi ambienti immediati. L'idea è quella di intrappolare una nano particella metallica mediante un raggio laser focalizzato in una pinzetta ottica.Se il laser di intrappolamento è polarizzato circolarmente, la nanoparticella ruoterà a causa del trasferimento del momento angolare dalla luce. Costruisci la configurazione attorno a un microscopio invertito adatto. La configurazione include elementi sia per le pinzette ottiche che per le misurazioni su una particella intrappolata.Questa è una rappresentazione schematica della configurazione. Per ora, concentrati sugli elementi per le pinzette ottiche. Scegli un laser a polarizzazione lineare da 660 nanometri con una potenza di uscita stabile fino a 500 milliwatt.Utilizzare lenti in una configurazione di telescopio kepleriano per espandere il raggio. Utilizzare gli specchi nelle montature cinematiche per dirigere il raggio laser verso il microscopio. All'interno del microscopio, utilizzare un divisore di raggio 50 50 per accoppiare la luce laser nell'obiettivo.Per l'allineamento e la raccolta dei dati, includere una telecamera nel percorso della luce riflessa. In questo caso, uno specchio girevole all'interno del microscopio può dirigere la luce verso di esso. Regola le lenti kepleriane per espandere il fascio.Rendi il raggio leggermente più grande dell'apertura posteriore dell'obiettivo di intrappolamento per ottimizzare la messa a fuoco. Spostarsi lungo il percorso del fascio per controllare la collimazione. Il diametro del fascio deve essere costante durante la propagazione verso l'obiettivo.Focalizzare il laser su un vetrino o uno specchio. Eseguire la regolazione fine con gli specchi nel percorso del raggio. Un laser allineato in modo errato ha un modello di intensità non radialmente simmetrico.Se il laser è allineato, il suo modello di intensità è radialmente simmetrico quando si cambia la messa a fuoco sopra e sotto il punto focale. Ora polarizza circolarmente il raggio introducendo una piastra a quarto d'onda. Orientalo con il suo asse veloce a 45 gradi rispetto alla polarizzazione lineare della luce.Per prestazioni rotative ottimali è fondamentale avere una buona polarizzazione circolare del laser. Nel caso in cui si verifichino problemi in questa fase, inserire la piastra a semionda per correggere la birifrangenza avversa dei componenti ottici nel percorso del fascio. Infine, impostare un sistema di campo scuro e l'illuminazione a collare utilizzando un condensatore a bagno d'olio.Riparare gli elementi per la spettroscopia di corelazione dei fotoni. Installare il beamsplitter per reindirizzare la luce dal microscopio a una porta. Alla porta, posizionare un assemblaggio di un polarizzatore lineare, seguito da uno stadio x y con una fibra di raccolta.Focalizzare la luce sulla fibra di raccolta nella fase di traslazione x y. La fibra alla fine andrà a un veloce fotodiodo al silicio a pixel singolo. Assicurarsi che la dimensione del nucleo della fibra di raccolta sia abbastanza grande da contenere l'immagine della nanoparticella durante le sue escursioni dovute al moto browniano traslazionale.Se questo criterio non è soddisfatto, i dati raccolti possono essere difficili da interpretare. Per allineare la fibra di raccolta, accoppiare la luce visibile alla sua estremità non attaccata. Questo illuminerà il substrato nel microscopio e consentirà la visita della regione di raccolta della fibra Regolare la posizione della fibra con la fase di traslazione.Arrestarsi quando l'area di raccolta coincide con la posizione della trappola ottica. Quindi spostare l'estremità della fibra dalla sorgente luminosa al rilevatore. In questo schema, questi elementi rappresentano la configurazione necessaria per la spettroscopia di corelazione fotonica.Per la configurazione della spettroscopia in campo oscuro, posizionare lo spettrometro. Dirigere la luce verso lo spettrometro con lo specchio nel percorso del raggio riflesso. In questo caso, lo specchio si trova con il corpo del microscopio Utilizzare un filtro notch prima dello specchio per rimuovere la luce laser che intrappola.Regolare gli specchi di guida in modo che le pinzette ottiche coincidano con la fessura dello spettrometro. Inizia preparando le particelle per l'esperimento. Diluire le particelle in acqua deionizzata a una concentrazione appropriata.Sonicare la soluzione diluita per due minuti per rompere gli aggregati e creare una dispersione uniforme. Quindi preparare la cella campione. Utilizzare un vetrino da microscopio e un vetro di copertura.Sonicarli per cinque minuti ciascuno in acetone, seguito da isopropanolo. Al termine, creare un nastro distanziatore profondo 100 micrometri sul vetrino. Disperdere due microlitri della soluzione di nanoparticelle diluita all'interno del pozzetto.Depositare anche due micro litri sul vetro di copertura. Unisci le due parti della cella. Non dovrebbero esserci bolle d'aria all'interno della camera.Spostare la cella sul tavolino del microscopio. Posizionare una goccia di olio da immersione abbinato all'indice sulla parte superiore del campione. Metti un'altra goccia sul condensatore.Inizia l'esperimento con il laser di intrappolamento bloccato. Individuata una particella adatta attraverso l'osservazione nel sistema di imaging in campo oscuro. Sblocca il laser e manipola il tavolino e la messa a fuoco per spingere la particella in avanti verso l'interfaccia del bicchiere d'acqua.Per le misure di dinamica rotazionale, raccogliere l'oscillazione di intensità con il fotorivelatore al silicio. Per le misure spettroscopiche, iniziare con il substrato di perle di polistirene densamente disperse e uniformemente diffuse. Registrare lo spettro della luce bianca dalla risposta di scattering del substrato.Quindi sostituire il campione di perline al microscopio con il campione di nanoparticelle. Registra uno spettro di fondo con luce diffusa dal punto di intrappolamento. Quindi bloccare tutta la luce dal rivelatore, registrare uno spettro scuro in questa condizione.Rimuovere il blocco dal raggio, infine intrappolare una nano particella e registrare lo spettro grezzo ad essa associato. Si tratta di fluttuazioni di intensità della luce laser retrodiffusa proveniente da un'asta nano rotante intrappolata. Da tali dati non trattati, è difficile estrarre informazioni su qualsiasi scala temporale.Tuttavia, quando i dati sull'intensità sono correlati automaticamente, mostrano le oscillazioni correlate alla frequenza di rotazione della nano barra. Il decadimento oscillatorio dopo alcuni periodi è dovuto al moto browniano rotatorio. La linea rossa è un adattamento alla funzione teorica di autocorrelazione da cui è possibile estrarre informazioni dettagliate sul movimento rotatorio.Qui l'intensità sparsa grezza da una nano barra intrappolata è in blu scuro. È distorto dalla presenza di un filtro notch. Per isolare lo spettro di scattering della nano barra, calibrare i dati grezzi con lo spettro di fondo, in rosso, e uno spettro di eccitazione della luce bianca in arancione.Questo è lo spettro di scattering corretto. Lo spettro mostra due distinte risonanze plasmoniche superficiali localizzate, come previsto. In questo grafico, i punti blu sono lo spettro di scattering da un nano rod intrappolato con la regione dello spettro distorta ignorata.La curva rossa è l'adattamento della funzione modello bi-lorentziana. I componenti adatti sono in azzurro e arancione. Una volta costruita la configurazione e padroneggiata la tecnica, l'esperimento di intrappolamento ottico e rotazione può essere eseguito in poche ore se eseguito correttamente.Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di utilizzare nano barre appropriate che dominano la risonanza sul lato della lunghezza d'onda blu del laser, dovrebbe anche avere picchi di risonanza chiaramente separati ma essere fisicamente abbastanza grande da essere intrappolato stabilmente. Le pinzette ottiche per esperimenti di rotazione delle nano aste possono essere costruite utilizzando una gamma di diverse lunghezze d'onda laser, obiettivi per microscopi e microscopi con solo piccole modifiche. Inoltre, la strumentazione per le misure browniane traslazionali può essere facilmente aggiunta per la raccolta di dati complementari.Questa piattaforma di rotazione delle nanoparticelle si è dimostrata utile come misuratore di viscosità e temperatura locale con oscilloscopio, per tracciare i cambiamenti morfologici di nano barre e rivestimenti molecolari e come trasduttore e sonda di processi fototermici e termodinamici. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire esperimenti di pinzetta ottica su nano-barre metalliche. Come ruotarli utilizzando la luce polarizzata circolarmente e come estrarre informazioni attraverso la spettroscopia di corelazione fotonica e la spettroscopia di campo scuro.Non dimenticare che lavorare con i laser può essere estremamente pericoloso per gli occhi e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario adottare sempre precauzioni come indossare occhiali di sicurezza laser e filtri laser adeguati e procedure di manipolazione.

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