Name: プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 12 s
Description: 学ぶナノパッチアンテナのコロイド合成法。銀ナノキューブを用いてプラズモニクスとナノフォトニクスで蛍光増強を実現する手法です。均一な光学特性を持つナノ構造体の作製プロセスを解説します。

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この作業は、空軍科学研究局若手研究者研究プログラム(AFOSR, Grant.いいえ。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>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

銀ナノキューブは、化学的に以前に報告された合成法と同様の反応条件を用いて合成した。2,12,17-20この合成は、50〜100nmの範囲の辺の長さを有するナノキューブの製造を可能にします。例えば、2.5時間の典型的な加熱時間は、〜75nmでの辺の長さを有するナノキューブをもたらします。より長い合成時間（&gt; 3時間）がしかし、これはまた、短縮型ナ​​ノキューブまたは八面体のような異なる形状になることがあり、より大きなナノ粒子をもたらします。最終的な溶液を遠心分離し、脱イオン水に再懸濁し、そしてプラズモン共鳴散乱スペクトルにおいて顕著な変化なしに4℃で冷蔵庫で少なくとも1ヶ月間保存することができる。12 上記のプロトコルで提示プロセスからのAgナノ立方体の大きさや形状はRBF、そのキャップと攪拌子の洗浄だけでなく、EG液の品質に非常に敏感です。 Nanopartiこのような丸いまたは細長いナノ粒子のような形状の異なるクルは、おそらく合成におけるこれらのステップの1に問題があるという印です。したがって、1.1.1-1.1.4と1.2.1-1.2.2が非常に重要であるステップことをお勧めします。 単一nanopatchアンテナから収集した散乱スペクトルを図4bに650nmで強いプラズモン共鳴を示すが示されています。このような共振は、銀ナノキューブ、高品質のナノキューブによって可能となるAu膜との間のギャップ領域に優れたモード閉じ込めを示します。さらに、このようなスペクトルを得るために、それはまた、サンプルがクリーンであることが要求され、スペーサ層（PE層）は、均一な厚さを有しており、下層のAu膜が平滑です。強いプラズモン共鳴は、さらに、個々のnanopatchアンテナは暗視野像及び大きな蛍光図4Dに観察することができ、図4cに示されたデータによって確認されます増強は、ギャップ領域に位置するのCy5分子の観察されます。また、空気にさらされ、したがって、光学的測定は、サンプルが用意されている日に、または1〜3日以内に行われるべきであることが推奨されたときのAgナノキューブはPVPコーティングにもかかわらず、時間の経過とともに酸化していることに留意すべきです。酸化を最小限にするために、nanopatchアンテナサンプルは真空または窒素ガス中で保存されることをお勧めします。 本論文で提示された方法は、コロイド合成とレイヤーバイレイヤーディップコーティングプロセスを利用して、よく制御された寸法とするAgナノキューブとプラズモニックnanopatchアンテナの製造を可能にします。ナノ粒子の狭いサイズ分布を生成しながら、光学又は電子ビームリソグラフィのような他の技術と比較して、ここに提示技術は、低コスト、大規模生産のための可能性を提供します。 本論文でプラズモニックnanopatchアンテナはまたのための偉大な約束を保持しますデザインによる新たなナノ物質は、それらの巨視的な対応には存在しないかもしれないユニークな特性を示します。特に、これらのナノアンテナ30,000を超える埋め込 ​​まれた色素分子の過去最高蛍光増強を示した。千の12自然放出率の強化。超自然放出及び高い量子収率。13,14に加えて、エミッタはこれらnanopatchアンテナ外部の検出器または単一モードファイバへの結合が必要とされる用途のために重要である展示高指向性放出に結合することが示されています。ナノスケールのパッチアンテナの将来のアプリケーションは、発光ダイオードなどの超高速光電子デバイス、より高効率の光検出器及び光起電デバイス、センシング及び量子情報処理技術の範囲であり得る。12-14

近年では、コロイド状ナノ粒子の合成と高度な構造にこれらのアセンブリは、両方の研究と産業の発展に大きな関心を集めている。ナノ粒子の1-4コロイド合成は、優れたサイズの均一性、低コストなどを含むリソグラフィーで作製したナノ構造体の上にいくつかの利点を持っています大規模並列生産の可能性。 このような銀（Ag）及び金（Au）などの金属ナノ粒子は、局在表面プラズモンポラリトンをサポートし、回折限界よりもはるかに小さい体積に光を閉じ込める機能を有することができる。1,3-5生じる高電界強度を高めるローカルに作成光と物質の相互作用を可能にする状態密度は、ナノスケールで調整することができます。最近の努力は、三角形を含むサイズおよび形状の広い範囲でAg及びAuのナノ粒子を合成するための手順、4,6-ケージ、3,4及びロッドを実証していますここで説明するナノキューブに加えて、4,7,8。いくつかのAgやAuのnanocomponentsで構成されるナノ構造も合わせ特性を実証製作されてきた。1,9-11 ここでは、プラズモニックnanopatchアンテナを形成するために、基礎となるAu膜とこれらのAgナノキューブのカップルに、もっと重要なのAgナノキューブとを合成するための手順を示しています。銀ナノキューブとAu膜との間の距離は、高分子電解質スペーサ層の系列を用いて、約1 nmの分解能で制御することができます。また、プラズモニックnanopatchアンテナには、このような有機色素として、活性媒質を組み込む方法を示しています。ナノキューブとAu膜との間にギャップ領域で強く閉じ込められた電磁界のため、nanopatchアンテナが埋め込 ​​まれた色素分子の高度に強化された蛍光及び自然放出のために使用することができる。本論文で12,13方法が一般化することができます。他のエミッタに、SUCコロイド固体量子ドット14または二次元半導体材料15およびプラズモン共鳴ナノキューブの大きさや間隔を変えることにより、広いスペクトル範囲にわたって調整することができるように、H。

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagents</strong</td></tr><tr><td>>エチレングリコール&nbsp;</td><td>J.T.ベイ</td><td>カー9300</td><td>無水</td></tr>水硫化<tr><td>ナトリウム水和物でなければなりません&nbsp;&nbsp;</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>161527</td><td></td></tr><tr><td>ポリビニルピロリドン&nbsp;</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>856568</td><td></td></tr><tr><td>ヒドロクロリック酸 BDH ARISTAR PLUS</td><td>VWR International</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>トリフルオロ酢酸銀&nbsp;</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>482307</td><td>暗い場所に保管</td></tr><tr><td>アセトン</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>48358</td><td></td></tr><tr><td>硝酸</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>7697-37-2</td><td>濃縮 (70%)、ポリ</td></tr><tr><td>(アリラミン) 塩酸塩 (PAH)</td> シ<td>グマ-アルドリッチ</td><td>283215</td><td></td></tr><tr><td>ポリスチレンスルホン酸&nbsp;(PSS)</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td>561223</td><td></td></tr><tr><td>塩化ナトリウム&nbsp;</td><td>マクロン社</td><td>7647</td><td></td></tr><tr><td>スルホシアニン5 カルボン酸 (Cy5)</td><td>Lumiprobe</td><td>13390</td><td>蛍光色素 (分子量: 664.76 g/mol)</td></tr><tr><td colspan="4">Equipments</td></tr><tr><td>温度制御付き攪拌ホットプレート</td><td>VWR International</td><td>89000-338</td><td></td></tr><tr><td>Vortex ミキサー</td><td>VWR International</td><td>10153-834</td><td></td></tr><tr><td>微量遠心分離機</td><td>Thermoscientific</td><td>Model 59A</td><td></td></tr><tr><td>シリコーンオイル&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>63148-62-9</td><td></td></tr><tr><td>マイクロスケール</td><td>メトラー・トレド</td><td>ML 104/03</td><td></td></tr><tr><td>電子ビーム金属蒸発器&nbsp;</td><td>CHA Industries</td><td>Eビーム蒸発器</td><td>クリーンルーム内に設置され</td></tr><tr><td>ている 洗浄済みスライドガラス</td><td>Schott North America, Inc.</td><td>ネクステリオン・グラス B&nbsp;</td><td>クリーンルームは事前に清掃されています</td></tr><tr><td>25 ml 24/40丸底フラスコ</td><td>VWR インターナショナル</td><td>60002-290</td><td></td></tr><tr><td>磁気攪拌バー</td><td>VWR インターナショナル</td><td>58948-116</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペット (1&ndash;10&nbsp;ml、10&ndash;100°Cmlと100&ndash;1,000円ml)</td><td>VWRインターナショナル</td><td></td><td></td></tr><tr><td>超音波洗浄バス</td><td>ブランソン超音波</td><td>モデル1510R-DTH</td><td></td></tr><tr><td>ストップウォッチ</td><td>VWRインターナショナル</td><td></td><td></td></tr><tr><td>エッペンドルフ遠心分離チューブ(1.5&nbsp;ml)</td><td>VWRインターナショナル</td><td>22364111</td><td></td></tr><tr><td>ポリ(プロピレン)コーニングチューブ(50&nbsp;ml)</td><td>VWRインターナショナル</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ホームビルトブライト/暗視野顕微鏡</td><td></td><td></td><td>75 Wキセノン白色光源、ニコンBF / DF 50X ELWD 0.55 NA、8.2 mm WD対物レンズ、ニコンD90デジタルカメラ、アクトン2300i分光計、フォトメトリクスCoolSnap HQ電荷結合デバイス(CCD)カメラ</td></tr><tr><td>He Neレーザー(633&nbsp;nm)、5&nbsp;mW</td><td>ニューポートコーポレーション</td><td>R-30990</td><td></td></tr><tr><td>反射率標準</td><td>ラボスフィア</td><td>モデル SRS-99-010</td><td></td></tr><tr><td>レーザーロングパスフィルター 633&nbsp;nm</td><td>セムロック</td><td>LP02-633RU-25</td><td></td></tr></tbody></table>

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのnanopatchアンテナのコロイド合成

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

私たちは、プラズモニックナノスケールのパッチアンテナを製造するために、コロイド銀ナノキューブの合成と滑らかな金膜との組み合わせでこれらを使用するための方法を提示します。これは、高分子電解質ポリマーの層ごとの堆積、すなわち、ポリ（アリルアミン）塩酸塩（PAH）とポリスチレンスルホン酸（PSS）を使用して、巨視的な面積にわたって十分に制御された厚さの薄膜を製造するための詳細な手順が含まれています。これらの高分子電解質スペーサ層は、銀ナノキューブと金膜の間に誘電体ギャップとして働きます。ナノキューブまたはギャップ厚さの大きさを制御することにより、プラズモン共鳴は、700nmの約500nmから調整することができます。次に、我々はnanopatchアンテナの誘電性ポリマーギャップ領域に有機スルホcyanine5カルボン酸（Cy5の）色素分子を組み込む方法を示しています。最後に、我々は、スペクトル励起エネルギー及びTでプラズモン共鳴を照合することによって、Cy5の色素の著しく増強された蛍光を示します彼は吸収ピークをCY5。ここに提示された方法は、コロイド合成、低コスト、大規模生産のための可能性のあるレイヤーバイレイヤーディップコーティング法を利用し、よく制御された寸法を有するプラズモンnanopatchアンテナの製造を可能にします。これらのnanopatchアンテナは、センシング、超高速光電子デバイスで、高効率の光検出器のための例えば、実用的なアプリケーションのための偉大な約束を保持します。

ここでは、サンプル構造のSEM像、nanopatchアンテナの収集および単nanopatchアンテナからの散乱スペクトルの反射率スペクトルを含むプラズモンnanopatchアンテナの特性の代表的な結果を示します。 nanopatchアンテナのプラズモン共鳴のエネルギー、 すなわちナノキューブのサイズ、誘電体ギャップ領域の厚さに依存し、PE層の数、ならびに誘電体材料。上記の手順では、我々は1-3 nmでの推定厚さのPVP層でコーティングされた75 nmであり、わずかに丸みを帯びた角（10 nmの曲率半径〜）の平均辺長とのAgナノキューブを得ました。 5 PE層と金膜との組み合わせでは、プラズモン共鳴のこの結果は、〜50nmの全幅で半最大（FWHM）で〜650 nmの中心。これにより、Tの吸収および発光波長で良好なスペクトルの重なりを有しています彼は、それぞれ、646および662 nmで中央に配置された分子をCy5で。 図3Aは、ナノキューブの高濃度試料のSEM画像を示します。これらのナノキューブは5 PE層とAu膜の上に堆積させました。このようなSEM画像は、ナノキューブの合成の全体的な品質を検証するために使用されます。ナノキューブの密度が高すぎるしかし、これらのサンプルは、さらに、光学測定のために利用されません。また、高密度のために、いくつかのナノキューブは、プラズモンnanopatchアンテナ構造を形成することが不可欠である表面上に存在しません。 図3Bは、ナノキューブの試料のSEM画像を1/10倍に希釈されたナノキューブの溶液を用いて製造示します。このサンプルはnanopatchアンテナの集合からの白色光の反射率を決定するために測定された測定のために使用され全体的なプラズモン共鳴。 図3Cに示すナノキューブの試料のSEM画像を1/100倍に希釈されたナノキューブの溶液を使用して製造しました。このサンプルは、個々nanopatchアンテナの測定を散乱するために使用されます。希釈されたナノキューブの溶液を使用すると、小さなピンホールを使用して像面に空間的に単離されたことが個人nanopatchアンテナを可能にします。 図4Aは、 図3BのSEM像に示すものに類似した試料から測定白色光の背景と正規化、後に、反射率スペクトルを示す。 図4Bは、に示すサンプルに似た単一nanopatchアンテナからの散乱スペクトルを示しています図3CでのSEM像。 図4Cは、10分の1により調製（nanopatchアンテナ試料の暗視野像を示しますニコンD90デジタルカメラで撮影した5 PE層を金膜上に分散0希釈ナノキューブ溶液）。観察された明るい赤のドットは、個々のnanopatchアンテナからの白色光の散乱によるものです。いくつかのスポットは異なるサイズまたは非立方体形状の大きいナノ粒子とナノキューブの結果である、赤以外の色を有することが観察されています。 図4Dは、制御PE層の同じ番号のスライドガラスからなるサンプル及びCy5の濃度から二つの蛍光スペクトル、（ 図3Cに示すようなサンプルから）単nanopatchアンテナから測定したもの及びその他を示します色素分子。 nanopatchアンテナに結合されたCy5の分子からの蛍光強度は、スライドガラス上よりもはるかに強いです。これは、強化された励起速度ならびに変性放射パターンと色素分子の増大した量子効率が得られる。1<html> 2、励起スポットサイズのナノキューブの下の領域を分割することにより単位面積当たりのバックグラウンド蛍光と正規化のために12を修正した後、我々は、図4（d）に示すデータから、〜12,000の増強因子を得ます。この増強因子は、非放射損失を増加させ、原因代わりにAg膜の金の使用30,000〜12可能性が高いの以前に報告された値と比較して小さくなっています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig1.jpg" /> 銀ナノキューブの合成のための図1.機器のセットアップ。（A）温度制御と撹拌し、ホットプレートの上に加熱浴を示す機器のセットアップの写真。 （B）合成中にナノキューブ溶液を含む丸底フラスコ（RBF）のクローズアップ。セットアップは、適切な換気とヒュームフードの内側に位置しています。TPS：//www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig2.jpg" /> 図2.ナノキューブ・ソリューションの写真。2.5時間の合成後の（A）ナノキューブ溶液および（B）小さいチューブに移した後、脱イオン水に再懸濁した。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" width="700" /> 銀ナノキューブの 図3. SEMの特徴付け（A）濃縮ナノキューブサンプルのSEM像、（B）で希釈（1/10）ナノキューブサンプル、および（C）希釈した（1/100）ナノキューブサンプル。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" width="700" /> nanopatchアンテナの 図4 の光学特性評価。nanopatchアンテナの集合から測定（A）正規化された反射スペクトル（非希釈ナノキューブ溶液）。単一nanopatchアンテナから（B）散乱スペクトル（1/100希釈ナノキューブ溶液）。 （C）白色光照明下で撮影されたnanopatchアンテナサンプル（1/100希釈ナノキューブ溶液）の暗視野像。明るい赤い点は、個々のプラズモニックnanopatchアンテナに相当します。埋め込 ​​みのCy5色素分子から（D）蛍光Cy5色素（黒い破線）の同一濃度のガラススライドからのものと比較してnanopatchアンテナ（赤実線）にDED。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

銀ナノキューブサブ10nmのギャップを有するプラズモンナノスケールのパッチアンテナの製造のコロイド合成のためのプロトコルが提供されます。

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

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 ...

この実験手順の全体的な目的は、強力に増強された蛍光などの、調整された光と物質の相互作用を可能にするナノパッチアンテナを作製する技術を実証することです。この手法は、高い蛍光増強をどのように達成するか、およびその他の関連するサブプロセスの制御方法など、ナノフォトニクスおよびプラズモニクス分野における重要な疑問への答えを得るのに役立ちます。この技術の主な利点は、重要な特徴サイズを1ナノメートルスケールで制御でき、ナノアンテナの大規模な作製が可能になることです。この手順の実演は、私の研究室の博士研究員であるThang Hoangと、大学院生のJiani Huangが行います。まず、洗浄済みの丸底フラスコを加熱バスに浸し、液体に約10mm沈めて合成手順を開始します。次に、マイクロピペットを使用して、10mLのエチレングリコール（EG）を丸底フラスコに入れます。フラスコにキャップをし、20分間待ちます。この手順の目的は、EGを用いてフラスコを洗浄することです。20分後、キャップを取り外し、丸底フラスコを加熱バスから取り出します。EG溶液が高温であるため、クランプごと取り出してください。10mLのEGを廃棄容器に注ぎますが、その際、マグネチックスターラーが脱落しないように注意してください。フラスコを加熱バスに戻します。マイクロピペットを用いて5mLのEGをフラスコに加え、キャップを閉めます。5分間待機した後、キャップを取り外し、マイクロピペットを用いて60 µLの硫化水素ナトリウム水和物をフラスコに入れます。再びキャップを閉め、2分間待ちます。2分後、キャップを取り外し、マイクロピペットを用いて500 µLの塩酸溶液をフラスコに入れます。直ちにマイクロピペットを用いて、フラスコにPVP溶液を1.25mL添加し、キャップを閉めて2分間待機します。キャップを取り外した後、マイクロピペットでトリフルオロ酢酸銀溶液を400 µLフラスコに入れ、再びキャップを閉めます。そのまま2.5時間待機します。このステップで銀ナノキューブが形成されます。この間、室内の照明は最小限に抑えてください。2.5時間後、ヒーターを切りますが、液底での焦げ付きを防ぐため、撹拌は続けたままにします。クランプを使用してフラスコを加熱バスから上げ、キャップを取り外します。次に、より速く冷却させるため、フラスコを加熱バスから取り出します。約20分後、フラスコに 5mL のアセトンを加えます。ボルテックスミキサーで溶液を十分に混合します。最終的に、溶液の全量は12mLになります。マイクロピペットを用いて、最終溶液を8本の1.5mLプラスチックチューブに分注します。これら8本のチューブを5,150 Gsの速度で10分間遠心分離します。これにより、すべての銀ナノキューブがチューブの底に沈殿します。マイクロピペットを使用して上澄み液を除去し、各チューブの底に約100 µLを残します。次に、これらの各チューブに1mLの脱イオン水を加えます。チューブをボルテックスし、超音波処理を行います。これにより、ナノキューブが主に脱イオン水中に懸濁した状態になります。遠心分離と再懸濁の工程をもう一度繰り返します。まず、金薄膜をPAH溶液に5分間浸漬し、ポリアリルアミン塩酸塩（PAH）層を堆積させます。これにより、金薄膜の上に厚さ約1 nmのPAH層が形成されます。5分後、金薄膜を清浄な脱イオン水で洗浄します。これにより、金薄膜の上にPAHの単分子層が形成されます。次に、PAH単分子層を持つ金薄膜を塩化ナトリウム溶液に1分間浸漬させます。次に、単層のPAH層を持つ金薄膜を、ポリスチレンスルホン酸（PSS）溶液に5分間浸漬させます。これにより、PAH層の上に厚さ約1 nmのPSS層が形成されます。この工程を繰り返し、金薄膜上に合計5層の電解質多層膜を堆積させます。25 µMのシアニン-5溶液100 µLをサンプル表面にドロップキャストします。次に、溶液の液滴の上に清潔なカバーガラスを載せます。これにより、シアニン-5分子が最上層のポリ電解質層に均一に取り込まれます。10分後、サンプルを脱イオン水で洗浄し、清潔な窒素ガスを用いて乾燥させます。ナノパッチアンテナを形成するために、調製したナノキューブ溶液を脱イオン水で100倍に希釈し、個々のナノパッチアンテナの光学的な研究を可能にします。マイクロピペットを用いて、希釈したナノキューブ溶液を20 µL、清潔なカバーガラス上に滴下します。サンプルをカバーガラスに2分間接触させます。ここで合成した銀ナノキューブは負に帯電しており、最上層のPAH層は正に帯電しているため、その結果、銀ナノキューブが最上層のPAH層に固定されます。2分後、サンプルを脱イオン水で洗浄し、クリーンな窒素ガスを用いて乾燥させます。ここでは、本手順で得られた銀ナノキューブの代表的な走査電子顕微鏡画像を示します。ここでのサンプルは、希釈していないナノキューブ溶液を用いて作製されています。一方、これらの画像では、サンプルを10倍および100倍に希釈しています。いずれの場合においても、曲率半径約 10 nanometers の鋭い角を持つ、比較的均一なサイズのナノキューブが観察されます。ここでは、cyanine-5 染料分子を組み込んだ最終的なナノパッチアンテナの代表的な光学特性評価を示します。ナノパッチアンテナ集団の反射測定では、650 nanometers に特徴的なプラズモン共鳴が見られます。個々のナノアンテナの散乱測定では、同一の波長で共鳴が見られますが、その幅はより狭くなります。サンプルの暗視野像では、一様な赤色の回折限界スポットが観察され、作製されたナノキューブのサイズ均一性が高いため、ほとんどのナノパッチアンテナが非常に類似した共鳴特性を持つことが示されています。最終的に、埋め込まれたシアニン-5染料分子の大きな蛍光増強が観察されます。この作製技術を習得し、適切に実施すれば、5時間で完了させることができます。本手法の開発により、ナノフォトニクスおよびプラズモニクスの分野の研究者が、金属相互作用の基礎的な応用や、発光ダイオード、高効率光反射鏡、量子情報科学を含む表面光電子デバイスへの潜在的な応用を探索することが可能となりました。このビデオを視聴することで、コロイド合成した銀ナノキューブを用いて、光と物質の相互作用を増強させるナノパッチアンテナを作製する方法について十分に理解できるはずです。

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工学

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