Name: Fabricage van Polymer Microsferen voor Optische Resonator en Laser Applicaties (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 6 s
Description: Leer de fabricage van polymere microsferen voor optische resonatoren en laserapplicaties met behulp van dampdiffusie en mini-emulsie. Deze methode maakt energiezuinige optische sensoren mogelijk.

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

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door KAKENHI (25708020, 15K13812, 15H00860, 15H00986, 16H02081) van JSPS / MEXT Japan, de Asahi Glass Foundation, en het Pre-strategische initiatief van de Universiteit van Tsukuba, &#39;Ensemble of Light with matters and life&#39;.

1. Fabricatieprotocollen van polymerenmicrobolletjes <ol><li> Dampdiffusie Methode <ol><li> 2 mg geconjugeerde polymeren oplossen, zoals P1 (poly [(9,9-dioctylflureen-2,7-diyl) - alt- (5-octylthieno [3,4- c ] pyrrol-4,6-dion-1, 3-diyl)]) 28 en P2 (poly [(N- (2-heptylundecyl) carbazool-2,7-diyl) alt- (4,8-bis [(dodecyl) carbonyl] benzo [1,2- b : 4,5- b &#39;] dithiofeen-2,6-diyl)]) 28 , in 2 ml chloroform (een goed oplosmiddel) in een 5 ml injectieflacon. </li><li> Zet 5 ml methanol (een slecht oplosmiddel) in een 50 ml injectieflacon. </li><li> Plaats de 5 ml flesje die de chloroformoplossing van het polymeer bevat in de 50 ml flesje met methanol. </li><li> Pak de 50 ml injectieflacon en houd het gedurende 3 dagen bij 25 ° C om de precipitatie van de polymeermicrobolletjes mogelijk te maken. </li></ol></li><li> Mini-Emulsie Methode <ol><li> Los 5 mg geconjugeerde polymeren op, zoals polY [9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl] (PFO) en poly [2-methoxy-5- (3 &#39;, 7&#39;-dimethyloctyloxy) -1,4-fenylenevinyleen] (MDMOPPV) In 1 ml chloroform. </li><li> Los 30 mg (~ 50 mM) natriumdodecylsulfaat (SDS) op in 2 ml gedeïoniseerd water. </li><li> Voeg 100 μl van de chloroformoplossing van het polymeer toe aan 2 ml water die SDS bevat. </li><li> Roer het chloroform / water mengsel krachtig met behulp van een ultrahoge snelheidshomogenizer bij 30.000 rpm gedurende 2 minuten om de oplossing te emulgeren. </li><li> Houd het gedurende 1 dag zonder de injectieflacon vast te houden om de chloroform te verdampen. </li><li> Centrifugeer de dispersie in een 1,5 ml microcentrifugebuis gedurende 5 minuten bij 2200 x g. Verwijder de supernatante waterige oplossing die SDS bevat. </li><li> Voeg 2 ml gedeïoniseerd water toe en schud krachtig. </li><li> Herhaal stap 1.2.6 en 1.2.7 driemaal om de resterende SDS uit te spoelen. </li></ol></li><li> Interface Precipitatie Methode </li><li> Los 200 μg polystyreen (PS) en 10 μG fluorescerende kleurstof (boordipyrrine, BODIPY) tot 0,2 ml tetrahydrofuran (THF). </li><li> Giet de THF-oplossing voorzichtig op 1 ml waterlaag. </li><li> Houd de twee-lagen gescheiden THF / water gedurende 6 uur zonder de flesje af te kappen om de polymere microsferen te laten neerslaan. </li></ol> 2. Micro-photoluminescentie (μ-PL) Meting <ol><li> Voorbeeld Bereiding <ol><li> Verdun een suspensie van de in punt 1 bereide microbolletjes in een niet-oplosmiddel ( dat wil zeggen methanol of gedeïoniseerd water). </li><li> Spin-cast een druppel (20-30 μL) van de verdunde suspensie van de microbolletjes op een kwarts substraat met behulp van een spin-coater (typisch 2,000 rpm gedurende 50 s). </li><li> Luchtdroog de resulterende gegoten film tot de oplosmiddelen volledig verdampd zijn (~ 5 min). </li></ol></li><li> Experimentele opstelling <ol><li> Zet het kwarts substraat (15 x 15 x 0,5 mm 3 ) op het monster stadium van een optische microscope. </li><li> Vind goed gedefinieerde microbolletjes die zijn geïsoleerd van andere bollen en geschikt voor de μ-PL meting. </li><li> Selecteer een laser ( dwz golflengte, continue golf of puls, bestralingstijd, integratie, enz. ). </li><li> Selecteer de vergroting van de lens. </li></ol></li><li> Afmetingen <ol><li> Gebruik een gefocusseerde laserstraal om de microsfeer te bestralen. Gebruik de volgende laserconditie: cw of pulserende laser met excitatie golflengten ( λ ex ) van 405 nm (cw), 450 nm (cw), 355 nm (pulslaser, frequentie, 1 kHz, pulsduur, 7 ns) en 470 Nm (pulslaser, frequentie, 2,5 MHz, pulsduur, 70 ps). </li><li> Noteer het PL spectrum op de opgewonden plek met behulp van een spectrometer met een raster van 300 of 1.200 groeven mm -1 . </li><li> Neem een ​​fluorescerend beeld. </li><li> Verander de excitatiepunt door de steekproef te verplaatsen. </li><li> Verander de detectieplek door de collimator te kantelen(indien nodig). </li></ol></li></ol> 3. Micromanipulatie Techniek <ol><li> Manipulatie van Microsferen <ol><li> Stel een kwarts substraat op waarop de microbolletjes geïmmobiliseerd zijn op het monster stadium van een optische microscoop. </li><li> Zoek een goed gedefinieerde microsfeer die geschikt is voor de μ-PL-meting. </li><li> Plaats een plastic micro-naald op een micro-manipulatie apparaat. </li><li> Verplaats de micro-naald met behulp van een computer gestuurde joystick om een ​​microsfeer op te halen. </li><li> Verplaats de microsfeer en verbind deze met een andere microsfeer. </li><li> Meet de μ-PL van de aangesloten microsfeer. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Ford, W. T., Chandran, R., Turk, H. <a target="_blank" href="https://www.iupac.org/publications/pac/60/3/0395/index.html">Catalysts Supported on Polymer Colloids.</a> Pure Appl. Chem. 60 (3), 395-400 (1988).</li>
<li>Chen, C. -W., Chen, M. -Q., Serizawa, T., Akashi, M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/1998/CC/A800203G#!divAbstract">In Situ Synthesis And the Catalytic Properties of Platinum Colloids on Polystyrene Microspheres with Surface-Grafted Poly(N-isopropylacrylamide).</a> Chem. Commun. , 831-832 (1998).</li>
<li>Suzuki, K., Yumura, T., Mizuguchi, M., Tanaka, Y., Chen, C. -W., Akashi, M. <a target="_blank" href="http://jglobal.jst.go.jp/en/public/20090422/200902160713409722">Poly(N-isopropylacrylamide)-Grafted Silica as a Support of Platinum Colloids: Preparation Method, Characterization, and Catalytic Properties in Hydrogenation.</a> J. Appl. Polym. Sci. 77, 2678-2684 (2000).</li>
<li>Zhang, S., Chen, L., Zhou, S., Zhao, D., Wu, L. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm1002274">Facile Synthesis of Hierarchically Ordered Porous Carbon via in Situ Self-Assembly of Colloidal Polymer and Silica Spheres and Its Use as a Catalyst Support.</a> Chem. Mater. 22, 3433-3440 (2010).</li>
<li>Kataoka, K., Harada, A., Nagasaki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Block+Copolymer+Micelles+for+Drug+Delivery%3A+Design+Characterization+And+Biological+Significance%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">Block Copolymer Micelles for Drug Delivery: Design Characterization And Biological Significance.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 47, 113-131 (2001).</li>
<li>Otsuka, H., Nagasaki, Y., Kataoka, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EGylated+Nanoparticles+for+Biological+And+Pharmaceutical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Drug+Deliv.+Rev%22%5BJournal%5D)">EGylated Nanoparticles for Biological And Pharmaceutical Applications.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 55, 403-419 (2003).</li>
<li>Nishiyama, N., Kataoka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+State%2C+Achievements%2C+And+Future+Prospects+of+Polymeric+Micelles+as+Nanocarriers+for+Drug+and+Gene+Delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacol.+Ther%22%5BJournal%5D)">Current State, Achievements, And Future Prospects of Polymeric Micelles as Nanocarriers for Drug and Gene Delivery.</a> Pharmacol. Ther. 112, 630-648 (2006).</li>
<li>Velev, O. D., Kaler, E. W. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la981729c">In Situ Assembly of Colloidal Particles into Miniaturized Biosensors.</a> Langmuir. 15 (11), 3693-3698 (1999).</li>
<li>Techawanitchai, P., Yamamoto, K., Ebara, M., Aoyagi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Design+with+Self-Heating+Smart+Polymers+for+On-Off+Switchable+Traps%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Technol.+Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Surface Design with Self-Heating Smart Polymers for On-Off Switchable Traps.</a> Sci. Technol. Adv. Mater. 12, 044609(2011).</li>
<li>Lange, U., Roznyatovskaya, N. V., Mirsky, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conducting+Polymers+in+Chemical+Sensors+And+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Conducting Polymers in Chemical Sensors And Arrays.</a> Anal. Chim. Acta. 614, 1-26 (2008).</li>
<li>Rajesh, T., Kumar, D. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/257938771_Recent_progress_in_the_development_of_nano-structured_conducting_polymersnanocomposites_for_sensor_applications">Recent Progress in the Development of Nano-Structured Conducting Polymers/Nanocomposites for Sensor Applications.</a> Sens. Actuators B. 136, 275-286 (2009).</li>
<li>Wu, C., Szymanski, C., Cain, Z., McNeill, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Dots+for+Multiphoton+Fluorescence+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Dots for Multiphoton Fluorescence Imaging.</a> J. Am. Chem. Soc. 129, 12904-12905 (2007).</li>
<li>Feng, L., Zhu, C., Yuan, H., Liu, L., Lv, F., Wang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Nanoparticles%3A+Preparation%2C+Properties%2C+Functionalization+And+Biological+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Nanoparticles: Preparation, Properties, Functionalization And Biological Applications.</a> Chem. Soc. Rev. 42, 6620-6634 (2013).</li>
<li>Pecher, J., Mecking, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticles+of+Conjugated+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Nanoparticles of Conjugated Polymers.</a> Chem. Rev. 110, 6260-6279 (2010).</li>
<li>McGehee, M. D., Heeger, A. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-4095(200011)12:22%3C1655::AID-ADMA1655%3E3.0.CO;2-2/abstract">Semiconducting (Conjugated) Polymers as Materials for Solid-State Lasers.</a> Adv. Mater. 12, 1655-1668 (2000).</li>
<li>Samuel, I. D. W., Turnbull, G. A. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17385928">Organic Semiconductor Lasers.</a> Chem. Rev. 107, 1272-1295 (2007).</li>
<li>Kuehne, A. J. C., Gather, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+Lasers%3A+Recent+Developments+on+Materials%2C+Device+Geometries%2C+and+Fabrication+Techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Organic Lasers: Recent Developments on Materials, Device Geometries, and Fabrication Techniques.</a> Chem. Rev. 116, 12823-12864 (2016).</li>
<li>Furumi, S., Kanai, T., Sawada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widely+Tunable+Lasing+in+a+Colloidal+Crystal+Gel+Film+Permanently+Stabilized+by+an+Ionic+Liquid%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Widely Tunable Lasing in a Colloidal Crystal Gel Film Permanently Stabilized by an Ionic Liquid.</a> Adv. Mater. 23, 3815-3820 (2011).</li>
<li>Mikosch, A., Ciftci, S., Kuehne, A. J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloidal+Crystal+Lasers+from+Monodisperse+Conjugated+Polymer+Particles+via+Bottom-Up+Coassembly+in+a+Sol-Gel+Matrix%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Colloidal Crystal Lasers from Monodisperse Conjugated Polymer Particles via Bottom-Up Coassembly in a Sol-Gel Matrix.</a> ACS Nano. 10, 10195-10201 (2016).</li>
<li>Oraevsky, A. N. Whispering-Gallery Waves. Quant Electron. 32 (5), 377-400 (2002).</li>
<li>Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/pj/journal/v48/n11/full/pj201681a.html">Spherical Resonators from π-Conjugated Polymers.</a> Polym. J. 48, 1045-1050 (2016).</li>
<li>Adachi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spherical+Assemblies+from+%CF%80+-Conjugated+Alternating+Copolymers%3A+Toward+Optoelectronic+Colloidal+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Spherical Assemblies from π -Conjugated Alternating Copolymers: Toward Optoelectronic Colloidal Crystals.</a> J. Am. Chem. Soc. 135, 870-876 (2013).</li>
<li>Tong, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/py/c4py00023d#!divAbstract">Tetramethylbithiophene in π-Conjugated Alternating Copolymers as an Effective Structural Component for the Formation of Spherical Assemblies.</a> Polym. Chem. 5, 3583-3587 (2014).</li>
<li>Tabata, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Assembled+Conjugated+Polymer+Spheres+as+Fluorescent+Microresonators%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Self-Assembled Conjugated Polymer Spheres as Fluorescent Microresonators.</a> Sci. Rep. 4, 5902(2014).</li>
<li>Kushida, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.macromol.5b00707">Whispering Gallery Resonance from Self-Assembled Microspheres of Highly Fluorescent Isolated Conjugated Polymers.</a> Macromolecules. 48, 3928-3933 (2015).</li>
<li>Kushida, S., Braam, D., Lorke, A., Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4938854">Whispering Gallery Mode Photoemission From Self-Assembled Poly-Paraphenylenevinylene Microspheres.</a> AIP Conf. Proc. ICCMSE. 1702, 090046(2015).</li>
<li>Braam, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optically+Induced+Mode+Splitting+in+Self-Assembled%2C+High+Quality-Factor+Conjugated+Polymer+Microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Optically Induced Mode Splitting in Self-Assembled, High Quality-Factor Conjugated Polymer Microcavities.</a> Sci. Rep. 6, 19635(2016).</li>
<li>Kushida, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer+Blend+Microspheres+for+Efficient+Long-Range+Light+Energy+Transfer%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer Blend Microspheres for Efficient Long-Range Light Energy Transfer.</a> ACS Nano. 10, 5543-5549 (2016).</li>
<li>Kushida, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/RA/c6ra10662e#!divAbstract">Self-Assembled Polycarbazole Microspheres as Single-Component, White-Colour Resonant Photoemitters.</a> RSC Adv. 6, 52854-52857 (2016).</li>
<li>Aikyo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.journal.csj.jp/doi/abs/10.1246/cl.160504">Enwrapping Conjugated Polymer Microspheres with Graphene Oxide Nanosheets.</a> Chem. Lett. 45, 1024-1026 (2016).</li>
<li>Landfester, K., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-4095(20020503)14:9%3C651::AID-ADMA651%3E3.0.CO;2-V/abstract">Semiconducting Polymer Nanospheres in Aqueous Dispersion Prepared by a Miniemulsion Process.</a> Adv. Mater. 14, 651-655 (2002).</li>
<li>Okada, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Color-Tunable+Resonant+Photoluminescence+and+Cavity-Mediated+Multistep+Energy+Transfer+Cascade%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Color-Tunable Resonant Photoluminescence and Cavity-Mediated Multistep Energy Transfer Cascade.</a> ACS Nano. 10, 7058-7063 (2016).</li>
<li>Pecher, J., Mecking, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticles+of+Conjugated+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Nanoparticles of Conjugated Polymers.</a> Chem. Rev. 110, 6260-6279 (2010).</li>
<li>Gather, M. C., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v5/n7/full/nphoton.2011.99.html">Single-Cell Biological Lasers.</a> Nat. Photon. 5, 406-410 (2011).</li>
<li>Schubert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lasing+within+Live+Cells+Containing+Intracelluler+Optical+Microresonators+for+Barcode-Type+Cell+Tagging+and+Tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Lasing within Live Cells Containing Intracelluler Optical Microresonators for Barcode-Type Cell Tagging and Tracking.</a> Nano Lett. 15, 5647-5652 (2015).</li>
</ol>

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

De selectie van een goed oplosmiddel en niet-oplosmiddel is erg belangrijk voor de zelfassemblage van goed gedefinieerde microsferen. Als de oplosbaarheid van een polymeer te hoog is, zal er geen precipitatie optreden. Ook zijn in het algemeen π-geconjugeerde polymeren hydrofoob, dus polaire niet-oplosmiddelen, zoals MeOH, acedonitril en aceton, worden vaak gebruikt in de dampdiffusiemethode om de oppervlakte-energie die nodig is om een sferische vorm te vormen, te minimaliseren. De interface-precipitatiemethode wordt va...

Polymere nano- / micro-grootte deeltjes worden wijd gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals katalysatorondersteuning, kolomchromatografievulstoffen, geneesmiddelafgifte-middelen, fluorescerende probes voor cell tracking, optische media, enzovoort 1 , 2 , 3 , 4 , 5 6 , 7 , 8 , 9 . In het bijzonder hebben π-geconjugeerde polymeren inherente luminescerende en lading geleidende eigenschappen die gunstig zijn voor optische, elektronische en opto-elektronische toepassingen met gebruikmaking van polymeerbollen 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , in het bijzonder laserapplicaties met behulp van zachte orgAnische materialen 15 , 16 , 17 . Bijvoorbeeld vormen de driedimensionale integratie van bollen met verschillende honderden nanometer diameters colloïdale kristallen, die fotonische bandgaten tonen bij een bepaalde golflengte 18 , 19 . Wanneer het licht in de intersfeer periodieke structuur beperkt is, verschijnt lassen in het midden van de stopband. Aan de andere kant, als de grootte van de bolletjes toeneemt op de verscheidene micrometer schaal, wordt het licht in een enkele microsfeer beperkt via totale interne reflectie bij de polymeer / luchtinterface 20 . De voortplanting van de lichtgolf bij de maximale omtrek leidt tot storing, wat leidt tot het verschijnen van een resonantiemodus met scherpe en periodieke emissielijnen. Deze optische modi zijn zogenaamde &quot;whispering gallery modes&quot; (WGM&#39;s). De term &quot;fluisterende galerij&quot; is afkomstig vanSt. Paul&#39;s Cathedral in Londen, waar geluidsgolven zich verspreiden langs de omtrek van de muur, waardoor fluisteren door een persoon aan de andere kant van de galerij gehoord kunnen worden. Omdat de golflengte van het licht op de sub-micrometer schaal ligt, die veel kleiner is dan geluidsgolven, is een dergelijke grote koepel niet nodig voor het WGM van licht: kleine, micrometer-schaal, goed gedefinieerde schepen, zoals microbolletjes, microdiscs , En microkristallen, voldoen aan de WGM condities. Vergelijking 1 is een eenvoudige vorm van de WGM resonerende conditie 21 : Nπd = lλ (1) Waar n de brekingsindex van de resonator is, d is de diameter, l is het geheel getal en λ is de golflengte van het licht. Het linker gedeelte van (1) is de optische weglengte door middel van een cirkelvorming. Wanneer het optische pad samenvalt met deInteger veelvoud van de golflengte, resonantie optreedt, terwijl bij de andere golflengte de lichtgolf afneemt bij afronding. In dit artikel worden verschillende experimentele methoden voorgesteld om microsferen te bereiden voor WGM resonatoren uit geconjugeerde polymeren in oplossing: dampdiffusie 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , mini-emulsie 31 en interface precipitatie 32 . Elke methode heeft unieke eigenschappen; De dampdiffusie methode biedt bijvoorbeeld goed gedefinieerde microbolletjes met zeer hoge sfericiteit en gladde oppervlakken, maar alleen lage kristalliniteitspolymeren kunnen deze microbolletjes vormen. Aan de andere kant, voor de mini-emulsieMethode, verschillende soorten geconjugeerde polymeren, waaronder hoogkristallijne polymeren, kunnen bolletjes vormen, maar de oppervlakmorfologie is minderwaardig dan die verkregen uit de dampdiffusie methode. De interface precipitatie methode is de voorkeur voor het creëren van microbolletjes uit kleurstof gedoteerde, niet-geconjugeerde polymeren. In alle gevallen speelt de selectie van het oplosmiddel en het niet-oplosmiddel een belangrijke rol in de vorming van bolvormige morfologie. In de tweede helft van dit artikel worden μ-PL en micromanipulatie technieken gepresenteerd. Voor de μ-PL techniek worden microbolletjes gedispergeerd op een substraat, en een gefocuste laserbundel, via een microscooplens, wordt gebruikt om een ​​enkele geïsoleerde microsfeer 24 te bestralen. De gegenereerde PL uit een bol wordt gedetecteerd door een spectrometer via de microscooplens. Het verplaatsen van de steekproeftrap kan de positie van de excitatiepunt variëren. Het detectiepunt is ook variabel door de collimatoroptiek van de exci te kantelenTation laser beam met betrekking tot de optische as van het detectiepad 28 , 32 . Om de intersfeer licht te vermenigvuldigen en golflengte conversie te onderzoeken, kan de micro-manipulatietechniek worden gebruikt 32 . Om meerdere microbolletjes met verschillende optische eigenschappen te verbinden, is het mogelijk om één bol met een micronaald op te halen en op een andere bol te zetten. In combinatie met de micromanipulatietechnieken en de μ-PL werkwijze kunnen verschillende optische metingen worden uitgevoerd met behulp van geconjugeerde polymere gebieden, die worden bereid door een eenvoudige zelf-assemblage werkwijze. Dit videopapier zal nuttig zijn voor lezers die zachte polymeer materialen willen gebruiken voor optische toepassingen.

<table><tbody><tr><td>polystyreen</td><td>Aldrich</td><td>132427-25G</td><td></td></tr><tr><td>natriumdodecylsulfaat</td><td>Kanto Kagaku</td><td>372035-31</td><td></td></tr><tr><td>tetrahydrofuraan</td><td>Wako</td><td>206-08744</td><td></td></tr><tr><td>chloorform</td><td>Wako</td><td>038-18495</td><td></td></tr><tr><td>methanol</td><td>Wako</td><td>139-13995</td><td></td></tr><tr><td>Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)</td><td>Aldrich</td><td>571652-500MG</td><td></td></tr><tr><td>Poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-fenyleenvinyleen] (MDMOPPV)</td><td>Aldrich</td><td>546461-1G</td><td></td></tr><tr><td>poly[(9,9-dioctylfluoreen-2,7-diyl)-alt-(5-octylthieno[3,4-c]pyrrool-4,6-dion-1,3-diyl)] (P1)</td><td>gesynthetiseerd</td><td>-</td><td>referentie 28</td></tr><tr><td>poly[(N-(2-heptylundecyl)carbazool-2,7-diyl)-alt-(4,8-bis[(dodecyl)carbonyl]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiofeen-2,6-diyl)] (P2)</td><td>gesynthetiseerd</td><td>-</td><td>referentie 28</td></tr><tr><td>fluorescente kleurstof (boor dipyrriene; BODIPY)</td><td>gesynthetiseerd</td><td>-</td><td>referentie 32</td></tr><tr><td>optische microscoop</td><td>Nicon</td><td>Eclipse LV-N</td><td></td></tr><tr><td>laser_405 nm</td><td>Hutech</td><td>DH405-10-5</td><td></td></tr><tr><td>spectrometer</td><td>Lambda Vision</td><td>LV-MC3/T</td><td></td></tr><tr><td>homogenisator</td><td>Microtech Nichion</td><td>Physcotron NS-360D</td><td></td></tr><tr><td>micromanipulatie</td><td>Microsupport</td><td>Quick Pro QP-3RH</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricage van polymer microsferen voor optische resonator en laser applicaties

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

Dit papier beschrijft drie methoden voor het bereiden van fluorescerende microsferen die π-geconjugeerde of niet-geconjugeerde polymeren omvatten: dampdiffusie, interface precipitatie en mini-emulsie. In alle methoden worden goed gedefinieerde, micrometer-grootte bollen verkregen uit een zelf-assemblage proces in oplossing. De dampdiffusie methode kan resulteren in bollen met de hoogste sfericiteit en oppervlak gladheid, maar de typen van de polymeren die deze bollen kunnen vormen zijn beperkt. Aan de andere kant kan in de mini-emulsie methode microsferen gemaakt worden van verschillende soorten polymeren, zelfs uit hoogkristallijne polymeren met coplanaire, π-geconjugeerde ruggengraatjes. De fotoluminescerende (PL) eigenschappen van enkele geïsoleerde microsferen zijn ongebruikelijk: de PL is in de bolletjes beperkt, verspreidt zich aan de omtrek van de bolletjes via de totale interne reflectie op de polymeer / luchtinterface en interfereert zelf om scherpe en periodieke resonante PL lijnen. Deze resonatineG-modi zijn zogenaamde &quot;fluisterende galerijmodi&quot; (WGM&#39;s). Dit werk demonstreert hoe WGM PL uit afzonderlijke geïsoleerde bollen wordt gemeten met behulp van de microfotoluminescentie (μ-PL) techniek. In deze techniek bestralt een gefocusseerde laserstraal een enkele microsfeer en wordt de luminescentie gedetecteerd door een spectrometer. Een micromanipulatietechniek wordt dan gebruikt om de microbolletjes één voor één te verbinden en de intersfeer PL-voortplanting en kleuromzetting van gekoppelde microbolletjes aan te tonen bij excitatie aan de omtrek van één bol en detectie van PL van de andere microsfeer. Deze technieken, μ-PL en micromanipulatie, zijn bruikbaar voor experimenten op micro-optische toepassing met behulp van polymeer materialen.

Figuur 1 toont schematische voorstellingen van de dampdiffusie werkwijze (a), mini-emulsie methode (b) en interface precipitatie methode (c). Voor de dampdiffusie methode ( Figuur 1a ) werd een 5 ml injectieflacon met een CHCl3-oplossing van polymeren (0,5 mg ml -1 , 2 ml) in een 50 ml flesje geplaatst die 5 ml van een niet-oplosmiddel, zoals MeOH . De buitenste injectieflacon werd afgedekt en vervolgens gedurende 3 d...

Protocollen voor de synthese van microsferen uit polymeren, de manipulatie van microsferen en microfotoluminescentiemetingen worden voorgesteld.

Fabricage van Polymer Microsferen voor Optische Resonator en Laser Applicaties

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Het algemene doel van deze procedure is het produceren van optische microresonatoren voor laserapparaten, optische circuits en chemische en biologische optische sensoren. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het domein van functionele polymeermaterialen, zoals polymeeroptica, optoelectronica en elektronica. Het belangrijkste voordeel van deze eenvoudige techniek met een laag energieverbruik is dat er functionele polymeren worden gebruikt om optische resonatoren te vervaardigen die zowel optische als elektrische eigenschappen bezitten.De procedure zal worden gedemonstreerd door dhr. Okada, dhr. Zakarias en dhr. Oki, promovendi uit mijn laboratorium. Om de dampdiffusiemethode voor deze procedure te starten, voegt u 5 mL methanol toe aan een flacon van 50 mL. Los vervolgens 2 mg geconjugeerde polymeren op in 2 mL chloroform in een flacon van 5 mL.Plaats het flesje van 5 ml voorzichtig in het flesje van 50 ml. Sluit daarna het flesje van 50 ml af met een dop. Incubeer gedurende drie dagen bij 25 °C om de polymeer-microsferen te laten neerslaan.Om te beginnen met de mini-emulsiemethode, los vijf milligram geconjugeerde polymeren op in één milliliter chloroform. Los vervolgens 30 milligram SDS op in twee milliliter gedeïoniseerd water. Voeg 100 microliters van het polymeermengsel toe aan de SDS-oplossing.Roer gedurende twee minuten bij 30.000 RPM met een ultra-hogesnelheids homogenisator. Laat de emulsie een dag zonder dop rusten om het chloroform te laten verdampen. Centrifugeer de dispersie de volgende dag in een centrifugebuis van 1,5 milliliter gedurende vijf minuten bij 2.200 ×g.Verwijder het supernatant, voeg één milliliter gedeïoniseerd water toe en schud krachtig. Herhaal het centrifugeren, het verwijderen van het supernatant en het wassen met water drie keer om alle resterende SDS volledig te verwijderen. Om te beginnen met de interface-precipitatiemethode, lossen 20 milligram polystyreen en één milligram fluorescerende kleurstof op in 20 milliliter tetrahydrofuran.Voeg één milliliter gedeïoniseerd water toe aan een lege microbuis van 1,5 milliliter. Giet vervolgens voorzichtig 0,2 milliliter van de THF-oplossing op de waterlaag, waarbij u er zorg voor draagt dat de lagen niet met elkaar mengen. Laat het buisje zes uur zonder dop rusten om de polymeer-microsferen te laten neerslaan.Begin met het 10-voudig verdunnen van een suspensie van geprepareerde microsferen met een slecht oplosmiddel zoals methanol of gedeïoniseerd water. Gebruik een spincoater om één druppel van de verdunde suspensie op een kwartssubstraat te spincoaten. Laat de resulterende gegoten film aan de lucht drogen totdat de oplosmiddelen volledig zijn verdampt.Breng vervolgens het kwartssubstraat over naar de objecttafel van een optische microscoop. Identificeer een geïsoleerde en goed gedefinieerde microsfeer voor micro-fotoluminescentiemeting. Stel de lasercondities in zoals beschreven in het tekstprotocol en gebruik een gefocuste laserstraal om de microsfeer te bestralen.Registreer het fotoluminescentiespectrum met behulp van een spectrometer. Maak vervolgens een fluorescentiebeeld van de bestraalde microsfeer. Plaats hiervoor het kwartssubstraat op de objecttafel van een optische microscoop.Identificeer een enkele, goed gedefinieerde microsfeer. Plaats vervolgens een wolfraam-micronaald in een micromanipulatieapparaat. Beweeg de micronaald met behulp van een touchpaneelcontroller en pak de microsfeer op.Verbind de verzamelde microsfeer met een andere, enkele, goed gedefinieerde microsfeer. Bestraal de microsfeer vervolgens met een gefocuste laserstraal. Gebruik een spectrometer om het fotoluminescentiespectrum vast te leggen.Maak vervolgens een fluorescentiebeeld van de bestraalde microsferen. In deze studie worden goed gedefinieerde polymeersferen gefabriceerd met drie verschillende methoden: de dampdiffusiemethode, de mini-emulsiemethode en de interface-precipitatiemethode.Scanning elektronenmicroscopie laat zien dat de dampdiffusie- en interfaceprecipitatiemethoden microsferen produceren met een zeer gladde oppervlaktemorfologie. Echter, die verkregen via de mini-emulsiemethode zijn ruw omdat het surfactant het gehele oppervlak bedekt. De fotoluminescentie van de whispering gallery mode wordt vervolgens geregistreerd voor een enkele microsfeer van polymeer één, polymeer twee en hun mengsel.De Q-factor bereikte voor polymeer één een waarde van 2.200. Microsferen bestaande uit polymeer twee bereikten echter slechts een waarde van 300, mogelijk vanwege hun ruwe oppervlaktemorfologie. Microsferen bestaande uit het polymeermengsel behielden een hoge Q-factor van 1.500, waarschijnlijk door de gladde morfologie.Polymorfe polaron-kleurstof-gedopeerde polystyreen microsferen met fotoluminescente kleuren groen, geel, oranje en rood werden met elkaar verbonden om tetrasferen te vormen, teneinde de cascade van energieoverdracht tussen de sferen te onderzoeken. De overdracht van lichtenergie van groen naar geel en van geel naar oranje blijkt efficiënt te zijn, terwijl de energieoverdracht van oranje naar rood niet plaatsvond vanwege de geringe overlap tussen de fotoluminescente band van de energiedonor en de adsorptieband van de energieacceptor. Bijgevolg komen upconverted energieoverdrachten, zoals van rood naar oranje, geel en groen, nauwelijks voor.Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de vials niet geschud mogen worden, omdat dit een snelle precipitatie kan veroorzaken die leidt tot slecht gedefinieerde aggregaten. Na deze procedure kunnen andere methoden, zoals emulsiepolymerisatie en dispersiepolymerisatie, worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals hoe monodisperse polymeersferen kunnen worden geprepareerd voor toepassing in colloïdale fotonische kristallen. Na de ontwikkeling van deze techniek werd de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in het veld van de polymeerwetenschap om optische en laserapplicaties met functionele polymeren te verkennen.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe micro-optische resonatoren kunnen worden geprepareerd via een bottom-up zelfassemblageproces. Vergeet niet dat er bij het werken met laserapparatuur speciale zorgvuldigheid geboden is om u te beschermen tegen laserstralen die uw ogen kunnen beschadigen.

fabrication-polymer-microspheres-for-optical-resonator-laser

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Wij beschrijven het gebruik van een kooldioxide laser reflow techniek silica trilholten, zoals vrijstaande microsferen en on-chip microtoroids fabriceren. De reflow-methode verwijdert oneffenheden, waardoor lange levensduur foton in beide apparaten. De resulterende apparaten hebben een zeer hoge kwaliteit factoren, waardoor toepassingen, variërend van telecommunicatie tot biodetection.

Fabricage van Silica Ultra High Quality Factor microresonators

Metamaterialen bij terahertz frequenties bieden unieke mogelijkheden, maar zijn uitdagend om te fabriceren in bulk. Wij passen de fabricage procedure voor micro polymere optische vezels mogelijk om goedkoop te fabriceren metamaterials op industriële schaal. Wij produceren polymethylmethacrylaat vezels met ~ 10 micrometer diameter indium draden gescheiden door ~ 100 um, die een terahertz plasmonische reactie vertonen.

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

De zeer gevoelige fotonische micro sensor is ontwikkeld voor elektrisch veld detectie. De sensor maakt gebruik van de optische modi van een diëlektrische bol. Veranderingen in het externe elektrische veld verstoren het gebied morfologie leiden tot verschuivingen van de optische modes. De elektrische veldsterkte wordt gemeten door deze optische verschuivingen.

Ontwikkeling van Whispering Gallery Mode Polymeer Micro-optische Electric Field Sensors

Wij ontwikkelen en karakteriseren van een ongeordende polymeer optische vezel die dwars Anderson lokalisatie gebruikt als een roman golfgeleidend mechanisme. Dit microgestructureerde vezel kan een kleine gelokaliseerde bundel transporteren met een straal die vergelijkbaar is met de bundel straal van conventionele optische vezels.

Fabricage en karakterisering van wanordelijke polymeer optische vezels voor Transversale Anderson lokalisatie van Licht

Twee aangrenzende vloeistoffen die door een gegroefd microfluïdisch kanaal gaan, kunnen worden gericht om een schede rond een prepolymeerkern te vormen; waardoor zowel vorm als doorsnede worden bepaald. Foto-geïnitieerde polymerisatie, zoals thiol click chemie, is zeer geschikt voor het snel stollen van de kernvloeistof tot een microvezel met vooraf bepaalde grootte en vorm.

Microfluïdische fabricage van polymere en biohybridevezels met vooraf ontworpen grootte en vorm

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

Efficiënte productie van niet-lineaire verschijnselen in verband met de derde orde optische non-lineaire gevoeligheid Χ (3) interacties in drievoudig resonante silica microsferen wordt in dit document. De interacties gemeld hier zijn: gestimuleerde Raman Scattering (SRS), en vier wave mixing processen bestaande uit gestimuleerde Anti-Stokes Raman Scattering (SARS).

Gestimuleerde Stokes en Antistokes Raman Scattering in microsferische Whispering Gallery Mode Resonators

We presenteren een protocol voor het vervaardigen van 1-D fotonisch kristal holtes op subwavelength diameter silica vezels (optisch nanovezels) met behulp van femtoseconde-laser-geïnduceerde ablatie.

Fabricage van 1-D Photonic Crystal Cavity op een Nanovezel behulp Femtoseconde Laser-geïnduceerde Ablation

Dit werk biedt een methode voor de fabricage van microfluidic druppel gebaseerde platforms en de toepassing van polyacrylamide microsferen voor microsfeer-PCR versterking. De microsfeer-PCR-methode maakt het mogelijk om te verkrijgen van single-stranded DNA waarbij zonder te scheiden van de double-stranded DNA.

Een Droplet gebaseerde benadering van het Microfluidic en de microsfeer-PCR versterking voor Single-Stranded DNA waarbij

Dit protocol beschrijft de fabricage van een implanteerbaar geïntegreerd beeldvormingsvenster met behulp van 3D-laserprinten. Het raam bestaat uit een systeem van microlenzen gekoppeld aan micro-scaffolds. De methode omvat twee-fotonpolymerisatie (2PP) van de biocompatibele fotoresist SZ2080 in een continue sequentie, waardoor de productie-efficiëntie en de afstemming tussen de verschillende componenten worden geoptimaliseerd.

Microfabricage van implanteerbare optica geïntegreerd in een microgestructureerd beeldvormingsvenster voor geavanceerde in vivo beeldvorming

Leer de fabricage van polymere microsferen voor optische resonatoren en laserapplicaties met behulp van dampdiffusie en mini-emulsie. Deze methode maakt energiezuinige optische sensoren mogelijk.

Fabricage van Polymer Microsferen voor Optische Resonator en Laser Applicaties

Meer video's verkennen