Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

تشييد وتشغيل نظام موتور يحركها الضوء الروتاري نانورود الذهب

doi: 10.3791/57947 Published: June 30, 2018

Summary

يمكن المحاصرين في السوائل nanorods الذهب plasmonic واستدارة ترددات كيلوهرتز استخدام ملاقط بصرية الاستقطاب دائري. إدخال أدوات لتحليل ديناميات براونية والخفيفة سكاتيرينجسبيكتروسكوبي يؤدي إلى نظام قوي للبحوث والتطبيقات في مجالات عديدة من العلوم.

Abstract

إمكانية توليد وقياس الدوران والعزم على النانو هو من المصلحة الأساسية لدراسة وتطبيق نانوموتورس البيولوجية ومصطنعة وقد توفر طرق جديدة نحو تحليل خلية مفردة، والدراسات المتعلقة بعدم التوازن الديناميكا الحرارية، والميكانيكية يشتغل نظم النانومترية الحجم. طريقة سهلة لدوران محرك الأقراص استخدام ضوء الليزر مستقطبة دائريا مركزة في ملاقط بصرية. باستخدام هذا النهج، يمكن أن تعمل الجسيمات النانوية المعدنية ككفاءة عالية المحركات الدوارة يحركها نثر الغزل في ترددات التناوب لم يسبق لها مثيل في المياه.

في هذا البروتوكول، الخطوط العريضة لتشييد وتشغيل الاستقطاب دائري ملاقط بصرية للتناوب نانوحبيبات، ووصف الأجهزة اللازمة لتسجيل براونية ديناميات ونثر رايليغ الجسيمات المحاصرين. الحركة الدورانية والأطياف ونثر معلومات مستقلة عن الخصائص نانوحبيبات ومحيطها المباشر. منهاج العمل التجريبية قد أثبتت أنها مفيدة كمقياس نانومترى اللزوجة ودرجة الحرارة المحلية، لتعقب التغييرات الشكلية nanorods والطلاء الجزيئية، ومحول والتحقيق فوتوثيرمال والعمليات الحرارية.

Introduction

طرق عرض في هذه المقالة يتطابق تلك المستخدمة في أعمالنا السابقة العمل1 لدراسة آثار photothermal النانو التأثير على المحركات الدوارة يحركها الضوء نانورود الذهب. وقد استخدمت المتغيرات منهاج تجريبي في عدة منشورات ذات صلة2،3،4،5،6،،من78، 9.

ملاقط بصرية تستخدم على نطاق واسع للسيطرة على نقل الموقف والقوة والزخم الخطي في جداول طول الصغيرة في الفيزياء وعلم الأحياء، والهندسة10،11،،من1213،14 . ويمكن توظيف الزخم الزاوي بضوء مستقطب دائريا لمراقبة حركة إضافية نظراً لأنه باستمرار نقل عزم الدوران إلى كائنات المحاصرين15. من خلال الجمع بين نقل الخطي والزخم الزاوي البصرية، من الممكن ثم بناء غير الغازية نانوموتورس دوارة مع إمكانات لتطبيقات متنوعة، مثل إيصال الأدوية إلى خلايا مفردة16،17، النانو جراحة18، ونشط نانوفلويديكس19، بين أمور أخرى.

باستخدام الجسيمات النانوية المعدنية كموضوع التلاعب مدفوعة الخفيفة، واحد يمكن أن تستغل مزايا الأصداء مأكل مثل الطحين السطحية المترجمة ('s)، التي توفر المقاطع العرضية البصرية الكبيرة، وحساسية عالية للتغيرات البيئية، وميدان كبير تحسينات20،21،،من2223. وادي ذلك إلى ثروة دراسات على الحدود بين plasmonics والتلاعب البصري8،24،25،،من2627. تفاعل الضوء-المسألة قوية قدمها LSPR مكننا من تصميم منصة قادرة على قيادة نانورودس الذهب لزيادة ونقصان في ترددات سجل التناوب في الماء2فيها ملاقط الليزر مستقطب دائري. من خلال تتبع البراونية من نانورود الدورية، معلومات مفصلة حول البيئة ودرجة الحرارة يمكن الحصول على3،5. التحليل spectroscopic المتزامن يوفر قناة معلومات مستقلة إضافية لتحليل درجات الحرارة المحلية واستقرار المورفولوجية نانورود الدورية1. وقد استخدمت مجموعة من النظم والتكوينات لدراسة وتطبيق الحركة الدوارة في ملاقط بصرية، توليد الأفكار الهامة داخل الحقل15،28،،من2930 , 31 , 32-ومع ذلك، معظم هذه الدراسات تعاملت مع كائنات عدة ميكرومتر في القطر في حين نانورود واحد يتيح الوصول إلى نظام حجم نانومتر. وعلاوة على ذلك، عندما الذهب نانورودس تستخدم نانوموتور دوارة، عزم الدوران كفاءة نقل أساسا عن طريق نثر2،33. وهذا يقلل من خطر ارتفاع درجة حرارة الجسيمات المحاصرين3،،من3435.

في الأسلوب التالي، نحن تحديد الخطوات اللازمة لبناء نظام قادر على تعويض بصري كفاءة وتناوب الجسيمات النانوية المعدنية. Nanorods الذهب التي نظرت في هذه الدراسات العالية التشتت المقاطع العرضية، وضغط الإشعاع تتحول إلى أن تكون أقوى من قوة مكافحة التدرج في اتجاه نشر. لما زالت تحصر الجسيمات في 3D، فنحن نستخدم توازن القوة بين النفور كولومب من سطح زجاج وقوة الليزر ونثر في اتجاه نشر. هذا التكوين في 2D-محاصرة يوسع إلى حد كبير نطاق الجسيمات يمكن تتبعه، مقارنة بملاقط بصرية ثلاثية الأبعاد القياسية، وأنه يمكن دمجها بسهولة مع الظلام-ميدان التصوير البصري والتحليل الطيفي.

نانوحبيبات معدنية المحاصرين والتناوب ويتفاعل مع بيئتها، وترد معلومات مفصلة عن هذا التفاعل في الحركة والخواص الطيفية. بعد تصف كيفية بناء ملاقط بصرية مستقطب دائري، فإننا لذلك أيضا مخطط كيفية دمج الأجهزة لاستكشاف الديناميات التناوب وقياس أطياف رايليغ نثر في الإعداد التجريبية. والنتيجة منصة متعددة الاستخدامات لدراسات الظواهر التناوب النانو في الفيزياء والكيمياء وعلم الأحياء.

يفترض هذا البروتوكول أن الباحث الوصول إلى مناسبة الغروية المعدنية جسيمات نانوية، واحد يفضل nanorods الذهب بلورية. يمكن شراؤها من الشركات المتخصصة nanorods الذهب أو تصنيعه في المنزل باستخدام طرق كيمياء رطبة. وأدلى نانورودس المستخدمة في تجاربنا نمو البذور بوساطة الطريقة الموضحة في يي et al. 36من عام 2013. ومن المفيد إذا مورفولوجيا والخصائص البصرية لجسيمات نانوية كذلك تتسم، على سبيل المثال باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) والقياسات الضوئية الانقراض. يعرض الشكل 1 البيانات المسجلة من هذه القياسات للممثل نانورود أنواع1.

مخطط تفصيلي للبروتوكول على النحو التالي: في القسم الأول، نحن تصف بناء ملاقط بصرية تقوم على الاستقطاب الدائري. في القسم الثاني، ونحن تصف كيفية استخراج المعلومات من نانوموتور عن طريق تسجيل في ديناميات التناوب وخصائص تشتت. تواتر التناوب والبراونيه التناوب الجسيمات المحاصرين يقاس فوتون ارتباط التحليل الطيفي باستخدام ضوء الليزر المستطار إسقاط تصفيتها من خلال المستقطب خطي على كشف سريع واحد بكسل3. باحتواء البيانات إلى دالة ترابط تلقائي نظرية، يمكن كلا من تواتر التناوب والوقت تسوس نشر براونية التناوب المستخرجة2،3. يتم قياس الخصائص البصرية نانوحبيبات المحاصرين والدورية باستخدام التحليل الطيفي الحقل المظلم، الذي يقدم معلومات تكميلية عن الجسيمات وبيئتها. في القسم الثالث، يصف لنا الإجراء التجريبي لمحاصرة وتناوب nanorods الذهب.

أن بروتوكول وصف حتى هذه النقطة مسار مباشر لنظام استقطاب دائري ملاقط بصرية يعمل للتناوب نانوحبيبات. ومع ذلك، في بعض الأحيان تنشأ قضايا هذا الطلب اهتمام إضافي. في القسم الرابع، فإننا مخطط عدد قليل من المشاكل الشائعة التي واجهتنا وكيفية التصدي لها. هذه تشمل مسائل تتصل بالخصائص البصرية نانوحبيبات مما يؤدي إلى استقرار فخ الفقراء (4.1)، وانخفاض ترددات التناوب بسبب الاستقطاب الدائري الأمثل الناجم عن إنكسار مزدوج beamsplitter (4.2)، تخرج من جسيمات نانوية على سطح الزجاج بسبب عدم كفاية النفور كولومب (4.3)، والانحراف عن الإشارات المميزة ترابط تلقائي (4.4).

Protocol

1-دائري الاستقطاب ملاقط بصرية للتناوب نانوحبيبات

  1. بناء الإعداد حول مجهر مقلوب مناسبة واستخدام ليزر الطول الموجي الأحمر مرئية (660 نانومتر). ويرد في الشكل 2تخطيطي للإعداد التجريبية. تأكد من اختيار ليزر إنتاج مستقر إلى السلطة يصل إلى 500 ميغاواط (المنتجة لطاقة في الطائرة عينة من حوالي 50 ميغاواط). تأكد أيضا من أن بقية المكونات أداء حسنا في الطول الموجي الليزر الملائمة.
  2. استخدم هدفا جافة مع فتحه عددية (نا) للتكبير X 0.95 و 40.
  3. دائماً ارتداء نظارات واقية والحفاظ على الأمن الليزر جيدة (لا سيما إذا كان استخدام الليزر غير مرئية). تنفيذ محاذاة على قوة الليزر الحد الأدنى. تغليف مسار الليزر كله السلامة على حد سواء، وتجنب الانجراف الحرارية والغبار في مسار الضوء.
    ملاحظة: اعتماداً على حالة الاستقطاب الناتج من الليزر، ملاقط بصرية يمكن أن تستفيد من وضع المستقطب خطي كعنصر البصرية الأولية. إذا كان الفعل استقطاب الليزر الخطي، يمكن أن يتم حذف هذا العنصر.
  4. استخدام زوج من العدسات الإيجابية في تكوين تليسكوب كيبليريان (العدسات في أسفل الشكل 2) لتوسيع شعاع الليزر أن قطر الشعاع أكبر قليلاً من الفتحة الخلفية لهدف محاصرة.
    ملاحظة: هذا يتيح استخدام نا كامل الهدف وسوف ينتج تركيز حيود محدودة من فخ11، أدى إلى تصلب المثلى الملائمة.
  5. تأكد من أن الليزر الملائمة هو صحيح وتحديدالمنطقه بعد المتوسع شعاع. يمكن أن يتم ذلك عن طريق التأكد من حجم الحزمة هو إغلاق دون تغيير عند نشر إلى الهدف (أو باستخدام السابر إمالة).
  6. استخدام اثنين من المرايا (M1 و M2 في الشكل 2)، التي شنت على يتصاعد مرآة الحركية (وإذا لزم الأمر، إلى مرحلة ترجمة)، لتوجيه شعاع الليزر إلى الإعداد المجهر.
    ملاحظة 1: الحفاظ على مساحة كافية بين مرايا الليزر ومجهر ليتمكن من إضافة العناصر الضوئية الإضافية مثل وافيبلاتيس و beamsplitters.
    ملاحظة 2: تأكد من أن الليزر يتم تصفية دائماً بعيداً عن العين أو أي ضوء موجوداً تغادرها المجهر.
  7. استخدام beamsplitter (يتم استخدام الإرسال الجزئي 50/50/انعكاس هنا، ولكن مزدوج اللون يمكن أيضا العمل بشكل جيد) داخل المجهر للزوجين الليزر الخفيفة إلى الهدف، ودون أن تفقد تصوير وقياس القدرة في إعداد المجهر.
  8. وتشمل كاميرا (انظر الشكل 2) في الإعداد للملاحظة التجريبية اللاحقة وتسجيل البيانات. إذا تم استخدام نظام دون العين، وهذا أمر حيوي لأي محاذاة.
  9. وتركز الليزر على شريحة زجاجية أو مرآة. إذا كان الليزر هو الانحياز ويدخل الهدف بزاوية صحيحة، نمط كثافة الليزر شعاعيا متماثل عند تغيير تركيز أعلى وأسفل الوصل.
  10. ضبط زوايا المرايا الليزر (M1 و M2 في الشكل 2) للحصول على محاذاة الليزر الأمثل (كما هو موضح في 1.9).
  11. دائري استقطاب ضوء الليزر.
    1. في ضوء مسار الهدف، تمرير الليزر من خلال لوحة ربع الموجه (كوب؛ λ/4 في الشكل 2) المنحى مع محورها سريعة في 45 ° إلى الاستقطاب الخطي من الليزر الخفيفة لتحويل الضوء المستقطب خطيا إلى ضوء مستقطب دائريا في الطائرة عينة.
    2. إعداد المستقطب خطي للتدوير 360 درجة ومقياس طاقة أمام الهدف.
    3. تحقق من الاستقطاب بالتناوب المستقطب الخطي، وإذ تلاحظ السلطة الحد الأقصى والحد الأدنى، المقابلة للمحور الرئيسي والثانوي أو القطع الناقص الاستقطاب.
      ملاحظة: يجب أن تكون النسبة أعلى من 0.9 للأداء الأمثل التناوب. إذا لم يتم التوصل إلى، راجع الخطوة 4.2 للتوصل إلى حل.
  12. قياس قوة الليزر على الطائرة عينة.
    1. استخدام عداد طاقة ضوئية التحقيق في قوة الليزر على الطائرة عينة. الحرص على جمع جميع الضوء تم تمريرها من خلال الهدف لقياس الصحيح للطاقة الملائمة.
    2. تنفيذ عملية تمشيط خطي لإخراج الليزر القوى وسجل السلطات المناظرة في الطائرة عينة للتحويل اللاحقة لكثافة الطاقة في الفخ.
  13. إعداد نظام حقل مظلم (مدافع) في كوهلر الإضاءة باستخدام نفط مغمورة مدافع مكثف لتمكين التصور من الجسيمات والمناسبات الملائمة. هذا سوف يسمح للقياسات الطيفية والتصوير من جسيمات نانوية المحاصرين.

2-أجهزة قياس للقياسات للتناوب، وديناميات براونية التناوب والخصائص الطيفية

  1. فوتون ارتباط التحليل الطيفي باستخدام جهاز لكشف واحد بكسل.
    1. إدراج beamsplitter (30R/70T) في مسار بصري من أجل استخراج الضوء المستطار من نانوحبيبات.
    2. الاتصال الضوئي سي سريع واحد بكسل بطاقة اكتساب بيانات لتمكين تسجيل الإشارات.
      ملاحظة: من المهم أن يكون الضوئي/دق قادرة على قياس الترددات التناوب المتوقع (عدة عشرات من كيلو هرتز).
    3. تركيز الضوء على مجموعة ألياف بصرية ثابتة في س ص-جبل الترجمة. إدراج المستقطب خطي قبل جمع الألياف.
    4. لجمع الألياف المحاذاة، زوجين الضوء المرئي للغاية الخروج من الألياف لإلقاء الضوء على الركازة. يسمح هذا التصور والتحليل للمنطقة مجموعة من الألياف.
    5. ضبط موضع الألياف باستخدام س ص-جبل الترجمة، حيث أن المنطقة جمع يتزامن مع موقف فخ بصري. قم بتوصيل نهاية الخروج من الألياف Si-الكاشف وتهذيب موقف الألياف تحقيق أقصى قدر من الجهة الخلفية التي تم جمعها الإشارات المتناثرة.
  2. إعداد التحليل الطيفي الحقل المظلم.
    1. نضع في اعتبارنا أن الرعاية يجب أن يؤخذ في اختيار جميع المكونات البصرية في المسار بين العينة ومطياف، كي لا كتلة الضوء داخل النطاق الطيفي للفائدة.
    2. أخذ الحيطة والحذر كما ضوء الليزر متناثرة و/أو ينعكس مباشرة قد تؤدي إلى تلف المجس المطياف. كتلة ضوء الليزر باستخدام عوامل التصفية المناسبة و/أو beamsplitters مزدوج اللون. دائماً إجراء المحاذاة للإعداد على قوة الليزر الحد الأدنى.
    3. إدراج مرآة beamsplitter في مسار بصري توجيه الضوء إلى والمطياف (في هذا البروتوكول، مطياف المقرونة الفضاء الحر هو المستخدمة). مجاهر إخراج واحد ويمكن أيضا استخدام المنافذ، إذا كان ذلك مناسباً.
    4. استخدام عوامل تصفية الشق لإزالة ضوء الليزر محاصرة مكثفة (مرشحات إجمالي OD12 في الطول الموجي الليزر اللازمة لانسداد كافية في حالتنا)، التي سوف يحجب الطيفية استجابة نانوحبيبات الفائدة في حالة أخرى.
    5. ضبط موضع ملاقط بصرية من المرايا التوجيهية (M1 و M2 في الشكل 2) حيث أنه يتزامن مع موقف الشق مطياف.
      ملاحظة 1: التغيرات في موقف فخ بصري سيتطلب إعادة تنظيم نظام القياس ارتباط فوتون (تعليمات 2.1.4-2.1.5).
      ملاحظة 2: في موقف ملاقط بصرية جديدة، تعليمات 1.9-1.10 تحتاج إلى أن تتكرر للوصول إلى فخ بصري الانحياز.

3-الإجراء تجريبي

  1. إعداد الجسيمات للتجارب.
    1. تمييع الجسيمات المياه دي. يجب أن يكون بتركيز مناسب من nanorods في نطاق بين 0.1-0.01 م. Sonicate الحل المخفف في حمام أنظف بالموجات فوق الصوتية لمدة 2 دقيقة لكسر المجاميع الممكنة عن بعضها البعض وتجانسه الحل.
    2. ضبط تركيز nanorods في تمييع تفاديا لتعويض جزيئات متعددة. تعد هذه التجربة الذي سيتم تنفيذه، انخفاض تركيز المطلوبة للحد من مخاطر محاصرة العديد من الجزيئات أو التلوث.
  2. إعداد نموذج الخلية.
    1. تغسل شريحة مجهر وتغطية زجاج (رقم 1.5) في الأسيتون والكحول تحت سونيكيشن لمدة خمس دقائق، بعد ذلك على التوالي.
      ملاحظة: تأكد من أن المسؤول عن سطح الشريحة الزجاجية أثناء التجربة وقد الأقطاب نفسها كجسيمات نانوية الغروية. جسيمات نانوية استقرت قبل بروميد هيكساديسيلتريميثيلامونيوم السطح (كتاب) يتوجب إيجابيا.
    2. وضع شريط فاصل 100 ميكرومتر جيدا على الشريحة الزجاجية.
    3. تفريق 2 ميليلتر من الحل نانوحبيبات المخفف على الشريحة المجهر داخل ميليلتر جيدا و 2 على زجاج الغطاء. الحل على كل الأسطح تسمح لجمعية يمكن السيطرة عليها أكثر من خلية العينة.
    4. توصيل أجزاء اثنين من الخلية عينة معا مع تجنب تشكيل أي فقاعات الهواء داخل الدائرة.
    5. وضع الخلية على مرحلة مجهر ووضع قطره نفط الفهرس المطابقة (الغمر) على رأس نموذج وقطره واحدة على المكثف. قطرات على كل جانب تجنب فقاعات في الزيت الذي ينثر الضوء ويقلل من تباين الإضاءة مدافع.
  3. القيام بتجربة.
    1. قم بتحديد موقع جسيمات من خلال الملاحظة في نظام التصوير مدافع. يمكن التعرف نانورود واحد عادة من خلال المراقبة البراونية (خاطئ أكثر من المجاميع) واللون (المقابلة لصدى LSPR أقوى).
    2. بدء/إلغاء حظر الليزر الملائمة.
    3. من خلال سلسلة من مرحلة التنقل والتصويبات التركيز، دفع الجسيمات المختارة عن طريق ضغط الإشعاع في اتجاه نشر الليزر اتجاه الواجهة الزجاجية المياه. في الواجهة، z-الحركة مقيدة بتوازن بين ضغط الإشعاع والنفور كولومب بين كتاب الجزيئات على السطح نانوحبيبات والسطح مشحونة بشكل إيجابي. س-تقتصر تقلبات قوات التدرج في ملاقط بصرية.
    4. من خلال تركيز الصغيرة تصويبات، تكبير سرعة الاستقرار أو التناوب الملائمة، قياس البيانات ترابط تلقائي (كما هو موضح أدناه في التعليمات 3.4).
    5. عند هذه النقطة، سجل ديناميات التناوب والخصائص الطيفية نانورود المحاصرين. راجع إرشادات 3.4 و 3.5 أدناه على كيفية التحقيق هذه. يمكن أن يتم ذلك على مدى فترات طويلة من الزمن، وما يصل إلى عدة ساعات إذا لزم الأمر.
  4. قياسات حيوية التناوب.
    1. تأكد من أن منطقة مجموعة من الألياف التي كبيرة بما يكفي أن أرفق صورة الجسيمات دائماً خلال مبادرتها متعدية الجنسيات.
    2. كثافة جمع إشارة التذبذب مع photodetector Si في وقت تردد وجمع السبر مناسب. اختر هرتز 65536 وق 1 شراء الوقت لتبدأ وضبط إذا لزم الأمر.
      ملاحظة: السبر التردد ينبغي على الأقل اثنين (وأمثل عشرة) مرات أكبر من تواتر التناوب مضروبة في درجة التماثل التناوب يمكن كشفها (N، انظر أدناه). جمع الوقت ينبغي أن تكون طويلة بما يكفي لتكون قادرة على الحصول على ترددات أقل بكثير من تواتر التناوب.
    3. بعد قد جمعت مجموعة من شدة تقلب البيانات من نانوحبيبات الدورية، حساب ترابط تلقائي لتقلب الكثافة. ويتم ذلك عن طريق حساب الارتباط للإشارة مع نسخة تأخر الوقت لنفسها لكل تأخير وقت τ (i.e.,C(τ) = {أنا(τ) · أنا(0)}).
    4. أداء نوبة لوظيفة النظرية ترابط تلقائي
      Equation 1
      حيث أنا0 هو متوسط الكثافة، و أنا1 السعة لتقلب الكثافة و N هو درجة التماثل التناوب يمكن كشفها (لقضيب مثل الجسيمات N = 2)2،3.
    5. من مناسباً، استخراج التناوب التردد والتعفن والتسوس وقت τإشارة ترابط تلقائي0 (المتصلة بديناميات البراونية التناوب).
  5. القياسات الطيفية.
    1. تسجيل طيف ضوء أبيض (أنابيضاء(λ)) عن طريق جمع إضاءة الضوء. يمكن أن يتم ذلك بكثافة تفريق تناثر الخرز البوليسترين على سطح موحد وجمع استجابتها ونثر.
    2. تسجيل طيف خلفية (أنابكج(λ)) عن طريق جمع ضوء شارد في بقعة الملائمة عندما لا المحاصرين جسيمات.
      ملاحظة 1: ينبغي أن يتم هذا لكل قياس الفردية، نظراً لخصائص الخلفية يمكن أن تتفاوت تفاوتاً كبيرا بين خلايا العينة مختلفة ومواقع حتى داخل عينة.
      ملاحظة 2: ينبغي أن يتم تسجيل الأطياف الخلفية لنفس السلطة الليزر المستخدمة لتعويض بصري. وهذا ما يسمح أحد لإزالة أي ممكن السيارات-الأسفار من الشريحة الزجاجية، متحمس بكثافات عالية الليزر في التركيز.
    3. تسجيل طيف الظلام (أناالظلام(λ))، عندما حظر جميع الضوء القادمة للجهاز. ثم، تسجيل طيف خام من نانوحبيبات المحاصرين (أناالخام(λ)).
    4. الوصول إلى الطيف ونثر نانوحبيبات الفعلية بحساب
      Equation 2
    5. لاستخراج معلومات حول مواقف الذروة لسبر، تناسب الطيف نثر مدافع في مقياس الطاقة مع دالة ثنائية-لورينتزيان مناسب بما في ذلك فترة تصحيح خطي للتحولات إينتيرباند في الذهب. نموذج الدالة على ما يلي:
      Equation 3
      حيث E هي الطاقة، أناب كثافة أساس، ك منحدر تصويب الخطي، أناأنا كثافة ماكسيما، Γأنا العرض الكامل في نصف ماكسيما (فوم) و ه0, i مواقف الذروة على قمم لورينتزيان اثنين.

4-استكشاف الأخطاء وإصلاحها وحل للمشاكل المشتركة

  1. المشاكل المتصلة بخصائص نانورود الذهب.
    1. الاستقرار تعويض الفقراء.
      1. تأكد من أن صدى الرئيسية (الرنين الطولي عادة في حالة nanorods) الجانب الأزرق للطول الموجي للطول الموجي الليزر الملائمة. إذا لم يكن الأمر كذلك، سوف تصبح القوة التدرج الاشمئزاز بدلاً من جاذبية37.
      2. كما يقلل من حجم نانورود، الاقتراح من تقلبات براونية الزيادات، وفي الوقت نفسه قوة تثبيت الاستقرار من السحب ستوكس، يتناقص. أؤكد نانورودس كبيرة بما يكفي س ص-التدرج من القوة للتغلب على هذه القوى المزعزعة للاستقرار.
    2. ميزات الطيفية متداخلة أو واسعة النطاق.
      1. قضبان تحتاج إلى نسبة العرض إلى الارتفاع كبيرة بما يكفي لقمم LSPR فصل بما فيه الكفاية تحل على حدة (انظر الشكل 1b).
        ملاحظة: طول موجه الليزر يضع حدا أعلى لتباين الشكل، منذ للزحزحات لسبر طولية لقضبان أطول.
      2. جسيمات نانوية يفضل أن تكون صغيرة بما يكفي لدعم لا وسائط LSPR ترتيب أعلى في النظام مرئية، نظراً لتعقيد هذا التحليل. اختيار نانوحبيبات إيجاد توازن بين هذا الاعتبار وقضية الاستقرار الملائمة في التعليم 4.1.1.2.
  2. عدم كفاية الاستقطاب الدائري الليزر الملائمة.
    ملاحظة: للحصول على الأداء الأمثل لتناوب نانوحبيبات المحاصرين، على ضوء الليزر بلوغ الطائرة العينة يجب أن يكون دائري الاستقطاب. Beamsplitters والمكونات البصرية الأخرى يمكن أن الاستقطاب التابعة، التي قد تجعل من المستحيل الحصول على الاستقطاب دائرية مثالية باستخدام فقط كوب.
    1. إدراج لوحة نصف الموجه (المقطوع؛ λ/2 في الشكل 2) بعد كوب في المسار، لتعويض إنكسار مزدوج beamsplitter.
    2. إعداد المستقطب الخطي وتكوين السلطة متر وإجراء تحليل للدولة الاستقطاب الليزر (كما هو الحال في 1.11.2-1.11.3 التعليمات).
    3. لكل موقف بتزايدات من خمس درجات لكوب، تدوير الجامعي من خلال مجموعتها الزاوي كامل (90°) في الخطوات من خمس درجات وقياس نسبة الطاقة لكل موقف. السعي إلى إيجاد زوايا قوب والجامعي أن زيادة النسبة بين الحد الأقصى والحد الأدنى من السلطة.
      ملاحظة: في تجربتنا، كان تكون النسبة القصوى بين السلطات الحد الأقصى والحد الأدنى 0.75 دون و 0.98 مع تصحيح المقطوع.
  3. الجسيمات العالقة إلى الواجهة في الليزر طاقة كافية لحصر جزيئات في س ص-الطائرة.
    1. ضبط تركيز استقرار السطح، عن طريق جسيمات الغسيل الداخلي والتشتت إعادة اللاحقة نانورودس في تركيز الخاضعة لكتاب.
      1. الطرد المركزي في حل الأسهم جسيمات نانوية حتى جزيئات الرسوبيات (~ 5 دقائق في 600 غ).
      2. إزالة السائل التعليق.
      3. إعادة تفريق في المياه. وهذا يضعف مضمون كتاب الحل الأسهم.
      4. كرر الخطوات 4.3.1.1. و 4.3.1.2. مرة أخرى.
        ملاحظة: نظراً لكتاب بمثابة عامل استقرار غروانيه، تجنب وقت الطرد المركزي المفرط والسرعة في النجاح خطوات الغسيل حيث يزداد خطر التجميع كما جرفت في كتاب.
      5. الآن إزالة أكثر من التوتر السطحي كتاب في حل الغروية الأصلي ويمكن إدخال تركيز جديد ومنضبطة، من كتاب إلى الغروانية. من خلال تجربتنا، تشتيت الحل الأسهم في المياه مع 20 ميكرون من كتاب واللاحقة المياه دي تمييع لنتائج تركيز الحل التجريبي في تغطية سطح الذي ينتج النفور كولومب كافية.
      6. إمكانية ضبط تركيز كتاب قد تكون ضرورية لإنشاء النفور الجسيمات/السطح المناسب لدفعة معينة من الجسيمات النانوية المستخدمة. تكرار الإجراء أعلاه وتغيير طفيف تركيز كتاب العثور على وظيفة مناسبة.
    2. الغسيل سلبا تهمة سطح سطح الزجاج.
      ملاحظة: هذا الإجراء الغسيل تنتج سطحاً مشحون سلبيا سوف تكون مغلفة مع جزيئات كتاب مجاناً في الحل التجريبي، يجعلها إيجابية والكهربية الاستاتية مثير للاشمئزاز للجسيمات أثناء محاصرة 2D.
      1. تأخذ شريحة مجهر وتنظيفه في خليط من الماء و 2% wt من المنظفات الصناعية الأساسية ساخنة إلى 80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق حتى يصبح السطح ماء واضح.
        ملاحظة: تجنب الغسيل الشرائح الزجاجية الطويلة جداً أو قسوة، وبهذا يمكن جعل سطح الزجاج المسامية وإنتاج عدد كبير من جزيئات التلوث.
  4. مشاكل مع فوتون ترابط تلقائي التحليل الطيفي.
    1. السعة منخفضة الكثافة ذبذبات أو إشارة صاخبة.
      1. إدراج ممر الموجه (عامل تصفية شركة بريتيش بتروليوم في الشكل 2) قبل جمع الألياف، الذي يمر على ضوء الليزر وكتل الظلام--حقل الإضاءة الخفيفة.
        ملاحظة: يعمل القياس من حيث المبدأ، عند جمع جميع الضوء كذلك. بيد أن الإضاءة الضوء الأبيض unpolarized مدافع كفاءة يثير الخروج من أوضاع الطائرة ومنذ نانورود تدور حول محورها قصيرة على متن طائرة عادية إلى المحور البصري، وهذا هو الخروج من الطائرة عرضية لسبر. هذا الوضع لا يحمل أي تباين الشكل خلال التناوب وجمع الضوء من أنه يقلل فقط الإشارة إلى نسبة الضوضاء القياس.
    2. تسوس إضافية في دالة ترابط تلقائي.
      1. تأكد من أن حجم الألياف جمع الأساسية كبيرة بما يكفي لاحتواء صورة نانوحبيبات خلال جميع الرحلات سبب الحركة البراونية.
      2. إذا كان يتم استخدام ألياف بصرية ذات حجم صغير جداً أساسية، استبدلها بأكبر واحد.
      3. التحقق من محاذاة الألياف الجديدة، كما هو الحال في التعليمات 2.1.4-2.1.5.

Representative Results

يمكن سبر بالتناوب والتناوب البراونية من نانورود الذهب الذي هو المحاصرين بشكل صحيح في ملاقط الليزر دائري الاستقطاب عن طريق تسجيل تقلبات كثافة تشتت الضوء (الشكل 3a) باستخدام جهاز لكشف واحد بكسل. طيف ترابط تلقائي لهذه الإشارة تحتوي على مكون متذبذبة، مماثلة لتلك المبينة في الشكل 3b. الذي يمكن أن يكون لائقاً لدالة ترابط تلقائي نظرية. التركيب يسمح استخراج تواتر التناوب والوقت تسوس ترابط تلقائي، وهو يرتبط بتقلبات براونية التناوب، نانورود.

كما ورد في البروتوكول (تعليمات 4.4.2)، من الضروري استخدام نواة ألياف سميكة بما فيه الكفاية لجمع ضوء الليزر المستطار لفوتون ارتباط التحليل الطيفي. إذا كان هذا ليس هو الحال، سوف تكون موجودة في الدالة علاقة استخدام مصطلح تسوس إضافية ذات الصلة بالترجمة الجسيمات داخل وخارج حجم المجس، انظر الشكل 4. عن طريق التحليل الدقيق، وهذا يمكن توفير مزيد من المعلومات حول هذا النظام؛ ومع ذلك، يعمل على تعقيد تحليل ديناميات براونية التناوب الواردة في البيانات.

للحصول على مدافع الصحيحة نثر الأطياف من جسيمات نانوية المحاصرين، كما هو موضح في القسم 3.5، يحتاج البيانات الطيفية الخام للمعايرة. ويتم ذلك عن طريق تسجيل الطيف مصباح إنارة، فضلا عن طائفة أساسية (الشكل 5a). عند التركيز على ضوء الليزر مكثفة على سطح زجاج، مثل الركيزة التي محاصرون في نانورودس، قد يتم إنشاء بعض الأسفار (انظر مساهمة الطيفية الحمراء في الطيف خلفية الشكل 5a). يمكن الحد من هذا التلوث الأسفار باستخدام ركائز والسليكا فوسيد. ومع ذلك، على أي حال ينصح لتسجيل طيف خلفية مع ملاقط بصرية فارغة في قوة الليزر الصحيح. عندما يتم تسجيل طائفة نثر وقد تم تعويض جميع المكونات الطيفية لا تتصل ببعثرة نانوحبيبات الفعلي الطيف يمكن تركيبها في مقياس الطاقة مع دالة ثنائية-لورينتزيان مناسب لاستخراج المعلومات ذات الصلة لسبر ذروة المواقف (الشكل 5 (ب)).

Figure 1
رقم 1: SEM الصور والأطياف انقراض الفرقة لهذين نانوحبيبات الممثل دفعات.) شريط مقياس هو 200 نانومتر. ب) الأزرق/الأحمر تحدها الصور SEM في) تتوافق مع الطيف الأحمر/الأزرق، على التوالي. على قمم الطيفية تتصل عرضية وطولية يمكن تمييزها الواضح. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: توضيح التخطيطي للإعداد ملاقط بصرية لقياسات دوران نانوحبيبات. ضوء الليزر وتحديدالمنطقه وتوسعت من خلال تلسكوب كيبليريان، وبعد ذلك قاد إلى الهدف من خلال استخدام اثنين من المرايا منقولة (M1، M2) و beamsplitter (درجة البكالوريوس). وافيبلاتيس اثنين في مسار الليزر تحسين استقطاب دائرية ملاقط بصرية (λ/2، λ/4). ويمكن جمع ضوء الليزر المستطار بعد المستقطب خطي لفوتون ارتباط التحليل الطيفي وقياسات حيوية التناوب. بعد إزالة ضوء الليزر، تسترشد متناثرة الضوء الأبيض إلى من مطياف ضوئي أو كاميرا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: بيانات تمثيلية كثافة وترابط تلقائي مع منحنى صالح للمحاصرين والدورية نانورود.) كثافة تقلبات سجلتها الكاشف بكسل واحد بعد المستقطب خطي 1s، والتكبير في مؤامرة من التقلبات. ب) البيانات أوتوكوريلاتيد من شدة تقلب على نانورود الذهب تناوب (نقطة زرقاء)، التي تم جمعها من ضوء الليزر المستطار. وتوضح البيانات التذبذب يتعفن بعد فترات قليلة. بالتذبذب بتواتر التناوب نانورود، بينما الانحلال سبب البراونية التناوب. تتم بتناسب إلى الدالة ترابط تلقائي النظرية (الخط الأحمر) لاستخراج تواتر تناوب و = 24285 ± 45 هرتز وارتباط تسوس وقت τ0 = 40.9 ± 1.06 المايكروثانيه. وتمثل الشكوك0 f و τفواصل الثقة 95% من الملاءمة، ومعامل لتحديد 0.9877 (ص2). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: المسألة مع وحدة تخزين مسبار صغير جداً في القياسات الطيفي الارتباط فوتون.) جمع البيانات ترابط تلقائي نانورود الذهب تناوب، باستخدام سميكة (400 ميكرون، الأزرق البيانات) ورقيقة (62.5 ميكرومتر، البيانات الحمراء) الألياف. تجميع باستخدام ألياف بصرية سميكة يضمن أن الدالة ترابط تلقائي تدابير ديناميات التناوب فقط وأن نانورود يقتصر دائماً ضمن حجم المجس. استخدام مصطلح تسوس إضافية بسبب الحركة البراونية موجود عند حجم التحقيق غير كافية. وفي ب) و ج)، ترد الرسوم التوضيحية التخطيطي للتأثير والصور من منطقة مضاءة مرة أخرى جمع. هي أشرطة مقياس 2 ميكرومتر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الرقم 5: حقل الظلام المثالية ونثر الأطياف المسجلة نانورود الذهب بصريا المحاصرين بضوء الليزر نانومتر 660. المنطقة الطيفية 630-670 نانومتر (1.85-1.97 eV) مشوهة بسبب عوامل تصفية الدرجة اللازمة لعرقلة ضوء الليزر الملائمة. ) الخام ونثر الأطياف (أزرق داكن) عرض الميزات التي ليست ملازمة تشتت الجسيمات، وينبغي أن تكون محسوبة ل. وتشمل هذه الخلفية الطيف (أحمر)، الذي يحتوي على أوتوفلوريسسينسي ولع أشعة الليزر تركيزاً عاليا، وطيف الإثارة الضوء الأبيض (أورانج، سجلت دون تصفية الشق). بعد المعايرة، يظهر الطيف نثر المصوبة (أزرق فاتح) اثنين من قمم LSPR متميزة كما هو متوقع. تشير الأسهم إلى جدول الأنصبة لكل طيف. ب) الطيف ونثر نانورود محاصرين (نقطة زرقاء) جنبا إلى جنب مع نوبة للدالة نموذج استقصاء المعلومات--لورينتزيان (أحمر) مع مكوناته (الضوء الأزرق والبرتقالي). يتم تجاهل المنطقة الطيفية مشوهة في تركيب البيانات والاحتواء ص2 من 0.9975. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

ويتمحور حول مجهر مقلوب تجارية الملائمة البصرية الإعداد المبينة في هذا البروتوكول ويستخدم ضوء الليزر الأحمر. ومع ذلك، الأساليب المبينة تنوعاً ويمكن استخدامها لبناء دائري الاستقطاب ملاقط بصرية حول المجاهر الأكثر تجارية أو الصنع، كلا تستقيم ومقلوب، مع فقط طفيف التعديلات. يمكن اختيار الطول الموجي الليزر الملائمة داخل طائفة نير مرئية واسعة، ما دامت بقية المكونات البصرية وأجهزة كشف الوظيفية في هذا الطول الموجي محددة. ومع ذلك، عند اختيار طول موجه ليزر، حجم ومحيط الطيفية للأصداء الجسيمات معالجته ينبغي نظراً لأن هذا سيؤثر على القوات الملائمة البصرية وتناوب الأداء2،5، حجم الآثار فوتوثيرمال1، و الاستقرار الملائمة26. سبق عملنا بنجاح مع ملاقط الليزر الاستقطاب دائري باستخدام موجات ليزر 660، 785، 830 و 1064 نانومتر.

واحدة من أهم مكونات برنامج الإعداد الملائمة البصرية هو الهدف المجهر. والهدف من هذا البروتوكول هدف جافة مع نا = 0.95. استخدام الجاف والهدف تجريبيا تحقيق أبسط من الإعداد؛ ومع ذلك، أنه يؤدي إلى الانحرافات البصرية بسبب الانكسار في الواجهات خلية العينة. في هذه الحالة، والنتيجة هي بقعة تركيز قليلاً موسع (~1.2 ميكرومتر) بالمقارنة مع الحد حيود (~0.4 ميكرومتر)، ولكن هذا لا يغير إلى حد كبير أداء عامة أو الدوارة لمنهاج العمل. في الرئيسية، يمكن أن تستخدم مجموعة واسعة من الأهداف المجهر، شريطة أن تكون لدى انتقال جيدة في الطول الموجي الملائمة وصيانة جيدة الاستقطاب والمسافة العمل طويلة بما يكفي لأداء تعويض عن طريق كشف الغطاء مجهر وطبقة من المياه. في حالة تعويض اللون في 2D، يمكن نا منخفضة نسبيا، مما يجعل هذه التجربة كاملة أبسط ويوفر نظافة الاستقطاب الدائري في التركيز. ومع ذلك، قد تكون أعلى الليزر القوى المطلوبة مما في حالة هدفا نا عالية. في تجربتنا، أفضل أداء لمحاصرة، التحليل الطيفي التناوب والظلام--حقل يتم الحصول عليها مع الأهداف مع نا 0.7-0.95، ولكن من الممكن استخدام أهداف نا أقل، فضلا عن ارتفاع.

للحصول على فوتون جيدة القياسات الارتباط من دوار الحركة، هناك حاجة إلى جهاز كشف سريع واحد بكسل. اختر جهاز كشف مع عرض النطاق ترددي اثنين على الأقل، يفضل أن تكون أعلى بعشرة إضعاف، مما تواتر التناوب المتوقعة مضروبة في معامل الانحطاط الشكل وحساسية عالية في الطول الموجي الملائمة المستخدمة. وقد استخدمت تضخيم Si نظريتهم، فوتون واحد عد APDs، وبمتس بنجاح في الأجهزة المختلفة في مختبراتنا. يمكن الحصول على معلومات إضافية، على سبيل المثال في فخ صلابة، بقياس وتحليل الجسيمات التشرد متعدية باستخدام تقنيات راسخة مثل قوة التحليل الطيفي5. عدد من المنشورات السابقة وصف أنواع مختلفة من هذا الأسلوب38،39. يمكن إجراء التحليل الطيفي مدافع باستخدام واسعة نطاق مجاناً-مساحة أو الألياف إلى جانب مطيافات والاختيار ينبغي أن تستند على النطاق الطيفي والطول الموجي والأزمنة اللازمة لدراسة المخطط لها.

جزيئات إضافية بطريق الخطأ عند إجراء تجربة ملائمة، قد أدخل في الفخ. هذا ويمكن الكشف عن طريق رصد تواتر التناوب، الذي سوف تتقلب بشدة سبب الاضطرابات. الفحص البصري بالفحص المجهري مدافع يمكن استخدامها للتحقق من وجود الجسيمات إضافية، وفي هذه الحالة يمكن نقل المرحلة لتجنب المزيد من الاضطرابات أو التجربة يحتاج إلى إعادة تشغيل.

النظام المذكور أعلاه وسيلة بسيطة وفعالة لتحقيق الولادة 2D وتناوب الجسيمات النانوية المعدنية. ومع ذلك، لبعض التطبيقات، درجة الحرية الزائدة للتلاعب الذي يأتي مع تعويض 3D مهم، والتكوين الحالي لذلك حد. بيد الولادة 3D والتناوب قد تكون قابلة للتحقيق باستخدام نشر مضادة ملاقط الليزر أو التكوينات الملائمة أكثر غرابة.

على الرغم من أن يمكن أن يكون الأمثل المعلمات الجسيمات ونظام مناقشتها هنا للحد من فوتوثيرمال التدفئة إلى أسفل ك ~ 154، الزيادة في درجات الحرارة المرتبطة بالإثارة plasmonic من الجسيمات النانوية المعدنية يمكن أن يكون مشكلة في بعض التطبيقات. مسار ممكن نحو مزيد من الخفض في الحرارة استخدام جسيمات نانوية عازل عالي-فهرس بدلاً من جسيمات plasmonic. هذه الجسيمات دعم قوية من نوع مي نثر الأصداء ولكن في نفس الوقت يحمل معاملات امتصاص الجوهرية منخفضة. كنا مؤخرا قادرة على تصنيع الغروية nanoparticles Si الرنانة التي قد تكون مفيدة في هذا الصدد40،41.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

هذا العمل أيده كنوت ومؤسسة والنبرغ أليس، مجلس البحوث السويدية ومنطقة تشالمرز "علم مسبق" وتكنولوجيا النانو.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gold nanoparticles Purchased or home-grown
Commersial inverted microscope Nikon Eclipse TI
Trapping laser Cobolt Flamenco 05-01  660 nm
Objective Nikon CFI Plan Apo Lambda 40X
Laser safety googles Thorlabs LG4
Assorted optomechanical components for mounting optics. A range of mounts, posts and components from any company
Lens 1 Keplarian telescope Thorlabs AC254-035-A-ML
Lens 2 Keplarian telescope Thorlabs LA1725-A-ML
Silver coated mirrors Thorlabs PF10-03-P01
Kinematic mirror mounts Thorlabs KM100
Translation stage Thorlabs PT1/M Quantity: 2
50/50 R/T Beamsplitter Chroma 21000
CMOS camera Andor Zyla 5.5
Quarter waveplate (QWP, λ/4) Thorlabs AQWP05M-600
Power meter Thorlabs PM100USB
Photodiode Power Sensors Thorlabs S121C
Linear polarizer Thorlabs LPVIS050 For laser polarization measurement
360° rotation mount Thorlabs RSP1/M
Half waveplate (HWP, λ/2) Thorlabs AHWP05M-600 Used if polarization is not sufficient with only QWP
Oil DF condenser Nikon C-DO Dark Field Condenser Oil 
30/70 R/T Beamsplitter Chroma 21009
Fast Si detector Thorlabs PDA36A-EC
Data Acquisition Module National Instruments USB-6361
Fiber 400 µm core size Thorlabs M74L01
xy-translation mount Thorlabs LM1XY/M
Linear polarizer Thorlabs LPVIS050
Spectrometer Princeton Instruments  IsoPlane SCT320 
CCD camera for spectrometer Princeton Instruments  PyLoN 
Notch filter Semrock NF03-658E-25
Notch filter Thorlabs NF658-26
Ultrasonic cleaner bath Branson Branson 3510 
Microscope slide Ted Pella 260202
No. 1.5 Coverslips VWR 630-2873
Aceton
Isopropanol
Basic detergent Hellma Hellmanex III Cleaning if particle sticking is an issue
Secure-Seal Spacer Thermo Fisher S24735 Spacer tape with hole, for making sample cell
Immersion Oil Zeiss 444960-0000-000 
PS beads Microparticles GmbH PS-R-5.0
Spectrophotometer Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR
SEM Zeiss Ultra 55 FEG SEM
Tweezers Any brand

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Andrén, D., et al. Probing photothermal effects on optically trapped gold nanorods by simultaneous plasmon spectroscopy and brownian dynamics analysis. ACS Nano. 11, (10), 10053-10061 (2017).
  2. Shao, L., Yang, Z. -J., Andrén, D., Johansson, P., Käll, M. Gold nanorod rotary motors driven by resonant light scattering. ACS Nano. 9, (12), 12542-12551 (2015).
  3. Lehmuskero, A., Ogier, R., Gschneidtner, T., Johansson, P., Käll, M. Ultrafast spinning of gold nanoparticles in water using circularly polarized light. Nano Letters. 13, (7), 3129-3134 (2013).
  4. Šípová, H., Shao, L., Odebo Länk, N., Andrén, D., Käll, M. Photothermal DNA release from laser-tweezed individual gold nanomotors driven by photon angular momentum. ACS Photonics. (2018).
  5. Hajizadeh, F., et al. Brownian fluctuations of an optically rotated nanorod. Optica. 4, (7), 746-751 (2017).
  6. Tong, L., Miljkovic, V. D., Käll, M. Alignment, rotation, and spinning of single plasmonic nanoparticles and nanowires using polarization dependent optical forces. Nano Letters. 10, (1), 268-273 (2009).
  7. Lehmuskero, A., Li, Y., Johansson, P., Käll, M. Plasmonic particles set into fast orbital motion by an optical vortex beam. Optics Express. 22, (4), 4349-4356 (2014).
  8. Lehmuskero, A., Johansson, P., Rubinsztein-Dunlop, H., Tong, L., Käll, M. Laser trapping of colloidal metal nanoparticles. ACS Nano. 9, (4), 3453-3469 (2015).
  9. Shao, L., Käll, M. Light-driven rotation of plasmonic nanomotors. Advanced Functional Materials. In Press (2018).
  10. Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics letters. 11, (5), 288-290 (1986).
  11. Neuman, K. C., Block, S. M. Optical trapping. Review of scientific instruments. 75, (9), 2787-2809 (2004).
  12. Chu, S., Hollberg, L., Bjorkholm, J. E., Cable, A., Ashkin, A. Three-dimensional viscous confinement and cooling of atoms by resonance radiation pressure. Physical Review Letters. 55, (1), 48 (1985).
  13. Svoboda, K., Block, S. M. Optical trapping of metallic Rayleigh particles. Optics Letters. 19, (13), 930-932 (1994).
  14. Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., Block, S. M. Stretching DNA with optical tweezers. Biophysical journal. 72, (3), 1335-1346 (1997).
  15. Friese, M. E. J., Nieminen, T. A., Heckenberg, N. R., Rubinsztein-Dunlop, H. Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles. Nature. 394, (6691), 348-350 (1998).
  16. Gao, W., Wang, J. Synthetic micro/nanomotors in drug delivery. Nanoscale. 6, (18), 10486-10494 (2014).
  17. Li, M., Lohmüller, T., Feldmann, J. Optical injection of gold nanoparticles into living cells. Nano Letters. 15, (1), 770-775 (2014).
  18. Nelson, B. J., Kaliakatsos, I. K., Abbott, J. J. Microrobots for minimally invasive medicine. Annual review of biomedical engineering. 12, 55-85 (2010).
  19. Balk, A. L., et al. Kilohertz rotation of nanorods propelled by ultrasound, traced by microvortex advection of nanoparticles. ACS Nano. 8, (8), 8300-8309 (2014).
  20. Chen, H., Shao, L., Li, Q., Wang, J. Gold nanorods and their plasmonic properties. Chemical Society Reviews. 42, (7), 2679-2724 (2013).
  21. Maier, S. A. Plasmonics: fundamentals and applications. Springer Science & Business Media. (2007).
  22. Xu, H., Bjerneld, E. J., Käll, M., Börjesson, L. Spectroscopy of single hemoglobin molecules by surface enhanced Raman scattering. Physical Review Letters. 83, (21), 4357 (1999).
  23. Chen, H., Kou, X., Yang, Z., Ni, W., Wang, J. Shape-and size-dependent refractive index sensitivity of gold nanoparticles. Langmuir. 24, (10), 5233-5237 (2008).
  24. Ruijgrok, P. V., Verhart, N. R., Zijlstra, P., Tchebotareva, A. L., Orrit, M. Brownian fluctuations and heating of an optically aligned gold nanorod. Physical Review Letters. 107, (3), 037401 (2011).
  25. Pelton, M., et al. Optical trapping and alignment of single gold nanorods by using plasmon resonances. Optics Letters. 31, (13), 2075-2077 (2006).
  26. Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. Expanding the optical trapping range of gold nanoparticles. Nano Letters. 5, (10), 1937-1942 (2005).
  27. Ni, W., Ba, H., Lutich, A. A., Jäckel, F., Feldmann, J. Enhancing Single-Nanoparticle Surface-Chemistry by Plasmonic Overheating in an Optical Trap. Nano Letters. 12, (9), 4647-4650 (2012).
  28. Liu, M., Zentgraf, T., Liu, Y., Bartal, G., Zhang, X. Light-driven nanoscale plasmonic motors. Nature nanotechnology. 5, (8), 570-573 (2010).
  29. Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. All-optical control of microfluidic components using form birefringence. Nature Materials. 4, (7), 530-533 (2005).
  30. Jones, P., et al. Rotation detection in light-driven nanorotors. ACS Nano. 3, (10), 3077-3084 (2009).
  31. Bonin, K. D., Kourmanov, B., Walker, T. G. Light torque nanocontrol, nanomotors and nanorockers. Optics Express. 10, (19), 984-989 (2002).
  32. Arita, Y., et al. Rotational dynamics and heating of trapped nanovaterite particles. ACS Nano. 10, (12), 11505-11510 (2016).
  33. Lee, Y. E., Fung, K. H., Jin, D., Fang, N. X. Optical torque from enhanced scattering by multipolar plasmonic resonance. Nanophotonics. 3, (6), 343-350 (2014).
  34. Kyrsting, A., Bendix, P. M., Stamou, D. G., Oddershede, L. B. Heat profiling of three-dimensionally optically trapped gold nanoparticles using vesicle cargo release. Nano Letters. 11, (2), 888-892 (2010).
  35. Andres-Arroyo, A., Wang, F., Toe, W. J., Reece, P. Intrinsic heating in optically trapped au nanoparticles measured by dark-field spectroscopy. Biomedical Optics Express. 6, (9), 3646-3654 (2015).
  36. Ye, X., Zheng, C., Chen, J., Gao, Y., Murray, C. B. Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods. Nano Letters. 13, (2), 765-771 (2013).
  37. Arias-González, J. R., Nieto-Vesperinas, M. Optical forces on small particles: attractive and repulsive nature and plasmon-resonance conditions. JOSA A. 20, (7), 1201-1209 (2003).
  38. Berg-Sörensen, K., Flyvbjerg, H. Power spectrum analysis for optical tweezers. Review of Scientific Instruments. 75, (3), 594-612 (2004).
  39. Gittes, F., Schmidt, C. F. Interference model for back-focal-plane displacement detection in optical tweezers. Optics Letters. 23, (1), 7-9 (1998).
  40. Verre, R., et al. Metasurfaces and colloidal suspensions composed of 3D chiral Si nanoresonators. Advanced Materials. 29, (29), (2017).
  41. Verre, R., Odebo Länk, N., Andrén, D., Šípová, H., Käll, M. Large-scale fabrication of shaped high index dielectric nanoparticles on a substrate and in solution. Advanced Optical Materials. In Press (2018).
تشييد وتشغيل نظام موتور يحركها الضوء الروتاري نانورود الذهب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Andrén, D., Karpinski, P., Käll, M. Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System. J. Vis. Exp. (136), e57947, doi:10.3791/57947 (2018).More

Andrén, D., Karpinski, P., Käll, M. Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System. J. Vis. Exp. (136), e57947, doi:10.3791/57947 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter