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

この実験手順の全体的な目標は、強く増強された蛍光などのカスタマイズ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製造する技術を実証することです。この方法は、ナノフォトニックおよびプラズモニックコミュニティにおける重要な疑問、例えば、高い蛍光増強をどのように達成するか、他の関連するサブプロセスの制御など、答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、ナノアンテナの大規模な製造を可能にし、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ることです。

この手続きを実演するのは、私の研究室のポスドク研究員であるThang Hoangと大学院生のJiani Huangです。合成手順を開始するには、洗浄した丸底フラスコを加熱浴(液体の深さ約10mm)に浸します。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かぶせて20分待ちます。このステップの目的は、EGでフラスコを掃除することです。20分後、キャップを外し、丸底のフラスコを加熱浴から持ち上げます。EG溶液が熱いため、クランプ全体を取り出します。

EG10mLをマグネティック攪拌バーが抜けないように、廃棄容器に注ぎます。フラスコを加熱バスに戻します。マイクロピペットを使用して5mLのEGをフラスコに入れ、キャップをかぶせます。

5分間待った後、キャップを外し、マイクロピペットを使用して60マイクロリットルのハイドロサルファイドナトリウム水和物をフラスコに入れます。キャップを元に戻し、2分間待ちます。2分後、キャップを外し、マイクロピペットを使用して500マイクロリットルの塩酸溶液をフラスコに入れます。

すぐに、マイクロピペットを使用して1.25mLのPVP溶液をフラスコに加え、キャップを元に戻し、2分間待ちます。キャップを取り外した後、マイクロピペットを使用して400マイクロリットルの銀トリフルオロ酢酸溶液をフラスコに入れ、キャップを元に戻します。2.5時間待ちます。

このステップでは、銀ナノキューブが形成されています。この間、部屋の光を最小限に抑えます。2.5時間後、ヒーターの電源を切りますが、底の液体が燃えないように攪拌はオンのままにします。

clを使用しますamp フラスコを加熱槽の上に持ち上げ、キャップを取り外します。次に、フラスコを加熱槽から取り外して、より速く冷えるようにします。約20分後、5mLのアセトンをフラスコに加えます。

溶液をよく混ぜるためにそれを渦巻きにします。最終的に、溶液の総量は12mLです。マイクロピペットを使用して、最終溶液を8本の小さな1.5mLプラスチックチューブに移します。

これらの8本のチューブを5, 150 Gの速度で10分間遠心分離します。その結果、すべての銀ナノキューブがチューブの底にあります。マイクロピペットを使用して上部上清を取り除き、各チューブの底に約100マイクロリットルを残します。

次に、これらのチューブのそれぞれに1mLの脱イオン水を加えます。チューブをボルテックスし、超音波処理します。ナノキューブは現在、主に脱イオン水に懸濁されています。

遠心分離-再懸濁ステップをもう一度繰り返します。まず、金膜をPAH溶液に5分間浸すことにより、ポリアレレアミン塩酸塩またはPAH層を堆積させます。これにより、金膜の上に約1ナノメートルの厚さのPAH層が形成されます。

5分後、きれいな脱イオン水を使用して金膜をすすぎます。これで、金膜の上に単一のPAH層があります。次に、単一のPAH層を持つ金膜を塩化ナトリウム溶液に1分間浸します。

次に、単一のPAH層を持つ金膜をポリスチレンスルホン酸塩またはPSS溶液に5分間浸します。これにより、PAH層の上に厚さ約1ナノメートルのPSS層が得られます。このプロセスを続けて、金膜上に合計5つの高分子電解質層を堆積させます。

100マイクロリットルの25マイクロモルシアニン-5溶液をサンプル表面にドロップキャストします。次に、溶液ドロップの上にきれいなカバースリップを置きます。シアニン-5分子は、上部の高分子石層に均一に組み込まれます。

10分後、サンプルを脱イオン水ですすぎ、きれいな窒素ガスで乾燥させます。ナノパッチアンテナを形成するには、調製したナノキューブ溶液を脱イオン水を使用して100倍に希釈し、個々のナノパッチアンテナの光学的研究を可能にします。マイクロピペットを使用して、希釈したナノキューブ溶液の20マイクロリットルを清潔なカバースリップに一滴垂らします。

サンプルをカバースリップに2分間接触させます。その結果、ここで合成されたナノキューブは負に帯電し、最上層のPAH層は正に帯電しているため、銀ナノキューブは最上端のPAH層に固定化されます。2分後、サンプルを脱イオン水ですすぎ、きれいな窒素ガスで乾燥させます。

ここに示されているのは、この手順から得られた銀ナノキューブの代表的な走査型電子顕微鏡画像です。ここでは、ナノキューブの原液溶液を使用してサンプルを作製しました。一方、これらの画像では、サンプルは10倍、100倍に希釈されています。

いずれの場合も、曲率半径が約10ナノメートルの比較的均一なサイズのナノキューブが観察されます。ここに示されているのは、シアニン-5色素分子が埋め込まれた最終的なナノパッチアンテナの代表的な光学特性評価です。ナノパッチアンテナのアンサンブルの反射測定は、650ナノメートルで特徴的なプラズモン共鳴を示しています。

個々のナノアンテナの散乱測定では、同じ波長で共振が見られますが、幅は狭くなります。サンプルの暗視野画像は、回折限界のスポットが均一な赤色で示されており、作製したナノキューブのサイズ均一性が良好であるため、ほとんどのナノパッチアンテナが非常に類似した共鳴を持っていることを示しています。最後に、埋め込まれたシアニン-5色素分子の大きな蛍光増強が観察されます。

この製造技術は、一度習得すれば、適切に実行すれば5時間で完了することができます。その開発後、この技術は、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、発光ダイオード、高効率フォトリフレクター、量子情報科学などの表面オプトエレクトロニクスデバイスにおける基本的な応用金属相互作用と潜在的なアプリケーションを探求する道を開きました。このビデオを見れば、コロイド合成された銀ナノキューブを利用してナノパッチアンテナを作製し、光と物質の相互作用を強化する方法について十分に理解できるはずです。