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Engineering

निर्माण और एक प्रकाश संचालित सोने Nanorod रोटरी मोटर प्रणाली के संचालन

Published: June 30, 2018 doi: 10.3791/57947
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Physics, Chalmers University of Technology

Summary

Plasmonic गोल्ड nanorods तरल पदार्थ में फंस सकता है और परिपत्र-ध्रुवीकरण ऑप्टिकल चिमटी का उपयोग कर kHz आवृत्तियों पर घुमाया गया. Brownian गतिशीलता विश्लेषण और प्रकाश scatteringspectroscopy के लिए उपकरण का परिचय विज्ञान के कई क्षेत्रों में अनुसंधान और आवेदन के लिए एक शक्तिशाली प्रणाली की ओर जाता है ।

Abstract

संभावना उत्पन्न करने के लिए और नेनो पर रोटेशन और टोक़ मापने के अध्ययन और जैविक और कृत्रिम nanomotors के आवेदन करने के लिए मौलिक ब्याज की है और एकल सेल विश्लेषण की दिशा में नए मार्गों प्रदान कर सकते हैं, गैर संतुलन के अध्ययन ऊष्मा, और नेनो प्रणालियों के यांत्रिक actuation । एक सतही रास्ता रोटेशन ड्राइव करने के लिए ऑप्टिकल चिमटी में केंद्रित परिपत्र ध्रुवीय लेजर प्रकाश का उपयोग करने के लिए है । इस दृष्टिकोण का उपयोग करना, धातुई नैनोकणों अत्यधिक कुशल तितर-बितर रोटरी पानी में अभूतपूर्व रोटेशन आवृत्तियों पर कताई मोटर्स संचालित के रूप में संचालित किया जा सकता है ।

इस प्रोटोकॉल में, हम nanoparticle रोटेशन के लिए परिपत्र-ध्रुवीय ऑप्टिकल चिमटी के निर्माण और संचालन को रेखांकित करते हैं और फंसे हुए कण के Brownian गतिशीलता और रेले कैटरिंग की रिकॉर्डिंग के लिए आवश्यक इंस्ट्रूमेंटेशन का वर्णन करते हैं । रोटेशन गति और कैटरिंग स्पेक्ट्रा nanoparticle और उसके तत्काल पर्यावरण के गुणों पर स्वतंत्र जानकारी प्रदान करता है । प्रयोगात्मक मंच nanorods और आणविक कोटिंग्स के रूपात्मक परिवर्तन पर नज़र रखने के लिए, और photothermal और ऊष्मा प्रक्रियाओं की एक transducer और जांच के रूप में, चिपचिपापन और स्थानीय तापमान के एक nanoscopic गेज के रूप में उपयोगी साबित हो गया है ।

Introduction

इस लेख में प्रस्तुत तरीके हमारे पिछले1 काम में इस्तेमाल किया नेनो photothermal प्रभाव का अध्ययन प्रकाश संचालित सोने nanorod रोटरी मोटर्स प्रभावित लोगों को दोहराने । प्रयोगात्मक मंच के वेरिएंट कई संबंधित प्रकाशनों में इस्तेमाल किया गया है2,3,4,5,6,7,8, 9.

ऑप्टिकल चिमटी व्यापक रूप से भौतिकी, जीव विज्ञान, और इंजीनियरिंग में छोटी लंबाई तराजू पर स्थिति, बल और रैखिक गति हस्तांतरण को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है10,11,12,13,14 . यह लगातार15फंस वस्तुओं के लिए टोक़ स्थानांतरण क्योंकि कोणीय गति परिपत्र ध्रुवीय प्रकाश द्वारा किए गए अतिरिक्त गति नियंत्रण के लिए नियोजित किया जा सकता है । ऑप्टिकल रैखिक और कोणीय गति हस्तांतरण के संयोजन से, यह तो एक कोशिकाओं में दवा वितरण के रूप में विविध अनुप्रयोगों के लिए क्षमता के साथ गैर इनवेसिव रोटरी nanomotors का निर्माण करने के लिए संभव है16,17, नेनो 18सर्जरी, और सक्रिय nanofluidics19, दूसरों के बीच ।

प्रकाश प्रेरित हेरफेर के विषय के रूप में धातुई नैनोकणों का उपयोग करके, एक स्थानीयकृत सतह plasmon अनुनादों (LSPR) है, जो बड़े ऑप्टिकल पार वर्गों, पर्यावरण परिवर्तन के लिए उच्च संवेदनशीलता प्रदान करते हैं, और बड़े क्षेत्र के लाभ का दोहन कर सकते है संवर्द्धन20,21,22,23. यह plasmonics और ऑप्टिकल हेरफेर8,24,25,26,27के बीच सीमा पर अध्ययन के एक धन के लिए प्रेरित किया है । मजबूत प्रकाश बात LSPR द्वारा प्रदान की बातचीत के लिए हमें एक मंच डिजाइन करने के लिए सक्षम है, जहां परिपत्र के लिए ध्रुवीय लेजर चिमटी सोने nanorods ड्राइविंग के लिए2पानी में रिकॉर्ड रोटेशन आवृत्तियों पर स्पिन करने में सक्षम हैं । एक घूर्णन nanorod के Brownian गति पर नज़र रखने से, इसके पर्यावरण और तापमान के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्त की जा सकती है3,5। एक साथ स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण स्थानीय तापमान और घूर्णन nanorod1के रूपात्मक स्थिरता के विश्लेषण के लिए एक अतिरिक्त स्वतंत्र सूचना चैनल प्रदान करता है । प्रणालियों और विन्यास की एक श्रृंखला के अध्ययन और ऑप्टिकल चिमटी में रोटरी गति लागू करने,15,28,29,30 क्षेत्र के भीतर महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि पैदा करने के लिए इस्तेमाल किया गया है , 31 , ३२. हालांकि, इनमें से अधिकांश अध्ययनों ने वस्तुओं के साथ कई micrometers को व्यास में निपटा दिया है जबकि एक एकल nanorod नैनोमीटर आकार के शासन तक पहुंच प्रदान करता है । इसके अलावा, जब गोल्ड nanorods रोटरी nanomotor के रूप में उपयोग किया जाता है, टोक़ कुशलता से2,३३तितर बितर के माध्यम से मुख्य रूप से हस्तांतरित है । इससे फँसे हुए कण३,३४,३५को भडक जाने का खतरा कम हो जाता है.

निंनलिखित विधि में, हम एक कुशल ऑप्टिकल ट्रैपिंग और धातु नैनोकणों के रोटेशन में सक्षम प्रणाली बनाने के लिए आवश्यक कदम रूपरेखा । सोने इन अध्ययनों में विचार nanorods उच्च तितर बितर पार वर्गों है, और विकिरण दबाव बाहर निकल जाता है के लिए प्रचार की दिशा में प्रतिक्रिया ढाल बल से मजबूत है । अभी भी 3 डी में कणों सीमित करने के लिए, हम एक गिलास सतह और प्रचार दिशा में लेजर तितर बितर बल से Coulomb reलैबोरेटरी के बीच बल संतुलन का उपयोग । यह 2 डी-फंसाने विंयास बहुत जाल 3 डी ऑप्टिकल चिमटी की तुलना में, के रूप में विस्तृत कणों की सीमा को फैलता है, और यह आसानी से काले क्षेत्र ऑप्टिकल इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ संयुक्त किया जा सकता है ।

एक फंस और घूर्णन धातु nanoparticle अपने पर्यावरण के साथ सूचना का आदान प्रदान, और इस बातचीत के बारे में विस्तृत जानकारी अपनी गति और वर्णक्रमीय गुणों में निहित है । कैसे परिपत्र ध्रुवीकरण ऑप्टिकल चिमटी का निर्माण करने के लिए का वर्णन करने के बाद, हम इसलिए भी रूपरेखा कैसे की जांच करने के लिए उपकरण को एकीकृत करने के लिए घूर्णन गतिशीलता और प्रयोगात्मक सेटअप में रेले कैटरिंग स्पेक्ट्रा को मापने के लिए. परिणाम भौतिकी, रसायन विज्ञान, और जीव विज्ञान में नेनो रोटेशन घटना के अध्ययन के लिए एक बहुमुखी मंच है ।

इस प्रोटोकॉल मानता है कि शोधकर्ता उपयुक्त कोलाइडयन धातु नैनोकणों, अधिमानतः एकल क्रिस्टलीय सोने nanorods के लिए उपयोग किया है । गोल्ड nanorods विशेष कंपनियों से खरीदा जा सकता है या घर में संश्लेषित गीला-रसायनिक तरीकों का उपयोग कर । हमारे प्रयोगों में प्रयुक्त nanorods, तु एट अल में वर्णित बीज-मध्यस्थता वृद्धि पद्धति द्वारा किए गए थे । २०१३३६. यह लाभप्रद है अगर नैनोकणों के आकृति विज्ञान और ऑप्टिकल गुणों को अच्छी तरह से विशेषता है, उदाहरण के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) और ऑप्टिकल विलुप्त माप का उपयोग कर । चित्रा 1 प्रतिनिधि nanorod प्रकार के लिए इस तरह के माप से दर्ज डेटा प्रदर्शित करता है1.

प्रोटोकॉल की एक रूपरेखा इस प्रकार है: प्रथम खंड में, हम परिपत्र ध्रुवीकरण के आधार पर ऑप्टिकल चिमटी के निर्माण का वर्णन करते हैं । दूसरे खंड में, हम अपने रोटेशन गतिशीलता और बिखरने गुण रिकॉर्डिंग द्वारा nanomotor से जानकारी निकालने के लिए कैसे का वर्णन । रोटेशन आवृत्ति और फंस कण के रोटेशन Brownian गति backscattered लेजर एक तेजी से एकल पिक्सेल डिटेक्टर3पर एक रेखीय ध्रुवीकरण के माध्यम से फ़िल्टर प्रकाश पेश द्वारा फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर मापा जाता है । एक सैद्धांतिक सहसंबंध समारोह के लिए डेटा फिटिंग करके, दोनों रोटेशन आवृत्ति और रोटेशन Brownian प्रसार के क्षय समय2,3निकाला जा सकता है । फंसे और घूर्णन nanoparticle के ऑप्टिकल गुणों डार्क फील्ड स्पेक्ट्रोस्कोपी, जो कण और उसके पर्यावरण पर पूरक जानकारी प्रदान करता है का उपयोग कर मापा जाता है । तीसरे खंड में, हम ट्रैपिंग और गोल्ड nanorods के रोटेशन के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रिया का वर्णन ।

इस बिंदु को वर्णित प्रोटोकॉल nanoparticle रोटेशन के लिए एक कार्य परिपत्र ध्रुवीकरण ऑप्टिकल चिमटी प्रणाली के लिए एक सरल रास्ता है । हालांकि, कई बार मुद्दों पर अतिरिक्त ध्यान देने की मांग होती है । चौथे खंड में, हम उन सामांय समस्याओं का कुछ बाह्यरेखा बनाते है जिनका सामना हमने किया है और उंहें कैसे संबोधित करना है । ये nanoparticle ऑप्टिकल गरीब जाल स्थिरता (४.१) के लिए अग्रणी गुणों से संबंधित मुद्दों, कम रोटेशन beamsplitter birefringence (४.२) की वजह से इष्टतम परिपत्र ध्रुवीकरण के कारण आवृत्तियों, कांच की सतह पर नैनोकणों की चिपके हुए शामिल अपर्याप्त Coulomb reलैबोरेटरी (४.३), और विचलन से विशेषता सहसंबंध संकेत (४.४) के कारण ।

Protocol

1. परिपत्र Nanoparticle रोटेशन के लिए ऑप्टिकल चिमटी ध्रुवीकरण

  1. एक उपयुक्त औंधा माइक्रोस्कोप के आसपास सेटअप का निर्माण और एक दृश्य लाल तरंग दैर्ध्य लेजर (६६० एनएम) का उपयोग करें । प्रयोगात्मक सेटअप के एक योजनाबद्ध चित्र 2में प्रस्तुत किया है । करने के लिए एक स्थिर उत्पादन शक्ति के साथ ५०० मेगावाट (लगभग ५० मेगावाट के नमूना विमान में एक शक्ति का निर्माण) के साथ एक लेज़र चुनने के लिए सुनिश्चित करें । यह भी सुनिश्चित करें कि घटकों के बाकी ट्रैपिंग लेजर तरंग दैर्ध्य में अच्छी तरह से प्रदर्शन ।
  2. ०.९५ और 40X आवर्धन के एक संख्यात्मक एपर्चर (एनए) के साथ एक शुष्क उद्देश्य का प्रयोग करें ।
  3. हमेशा सुरक्षा चश्मे पहनते हैं और अच्छा लेजर सुरक्षा बनाए रखने (विशेष रूप से अगर गैर दिखाई पराबैंगनीकिरण का उपयोग). न्यूनतम लेजर शक्ति पर संरेखण प्रदर्शन करते हैं । दोनों सुरक्षा के लिए पूरे लेजर पथ encapsulate और प्रकाश पथ में थर्मल बहाव और धूल से बचने के लिए ।
    नोट: लेजर से उत्पादन के ध्रुवीकरण राज्य पर निर्भर करता है, ऑप्टिकल चिमटी प्रारंभिक ऑप्टिकल घटक के रूप में एक रैखिक ध्रुवीकरण रखने से लाभ हो सकता है । यदि लेजर का ध्रुवीकरण पहले से ही रेखीय है, तो इस घटक का लोप किया जा सकता है.
  4. एक Keplerian दूरबीन विंयास में सकारात्मक लेंस की एक जोड़ी का प्रयोग करें ( चित्र 2के तल पर लेंस) लेजर बीम का विस्तार करने के लिए ऐसी है कि बीम व्यास फँसाना उद्देश्य के पीछे एपर्चर से थोड़ा बड़ा है ।
    नोट: यह उद्देश्य के पूरे एनए के उपयोग को सक्षम करता है और जाल11के एक विवर्तन सीमित ध्यान का उत्पादन होगा, इष्टतम फँसाना कठोरता में जिसके परिणामस्वरूप.
  5. सुनिश्चित करें कि ट्रैपिंग लेजर ठीक से बीम विस्तारक के बाद collimated है । यह यकीन है कि बीम आकार अपरिवर्तित जब उद्देश्य के लिए प्रचार के करीब है बनाने के द्वारा किया जा सकता है (या एक कतरनी इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके) ।
  6. का प्रयोग करें दो दर्पण (एम 1 और 2 चित्रामें M2), गाढ़ापन मिरर mounts पर घुड़सवार (और अगर जरूरत है, एक अनुवाद चरण), माइक्रोस्कोप सेटअप में लेजर बीम निर्देशित करने के लिए ।
    नोट 1: waveplates और beamsplitters जैसे अतिरिक्त ऑप्टिकल तत्व जोड़ने के लिए सक्षम होने के लिए लेजर दर्पण और माइक्रोस्कोप के बीच पर्याप्त जगह रखें ।
    नोट 2: सुनिश्चित करें कि लेजर हमेशा आंख या किसी अंय सुलभ माइक्रोस्कोप से बाहर निकलने प्रकाश से दूर फ़िल्टर्ड है ।
  7. एक beamsplitter का प्रयोग करें (50/50 आंशिक संचरण/प्रतिबिंब यहां प्रयोग किया जाता है, लेकिन एक dichroic भी अच्छी तरह से काम कर सकता है) के उद्देश्य में कुछ लेजर प्रकाश माइक्रोस्कोप के अंदर, माइक्रोस्कोप सेटअप में इमेजिंग और माप क्षमता खोने के बिना ।
  8. बाद प्रयोगात्मक अवलोकन के लिए और डेटा रिकॉर्डिंग के लिए सेटअप में एक कैमरा ( चित्र 2देखें) शामिल करें । यदि एक नेत्र के बिना एक प्रणाली का प्रयोग किया जाता है, यह किसी भी संरेखण के लिए महत्वपूर्ण है ।
  9. एक गिलास स्लाइड या एक दर्पण पर लेजर ध्यान केंद्रित । यदि लेजर गठबंधन है और एक सही कोण पर उद्देश्य में प्रवेश करती है, लेजर तीव्रता पैटर्न रेडियल सममित है जब ऊपर और नीचे केंद्र बिंदु ध्यान बदल रहा है ।
  10. ठीक धुन लेजर दर्पण (एम 1 और 2 चित्रामें M2) के कोण इष्टतम लेजर संरेखण प्राप्त करने के लिए (के रूप में १.९ में वर्णित) ।
  11. लेजर लाइट का परिपत्र ध्रुवीकरण ।
    1. उद्देश्य के लिए प्रकाश पथ पर, एक चौथाई लहर प्लेट के माध्यम से लेजर पास (QWP; λ/4 चित्रा 2में) ४५ डिग्री पर अपनी तेजी से अक्ष लेजर प्रकाश के रैखिक ध्रुवीकरण के साथ उंमुख में परिपत्र ध्रुवीय प्रकाश में बदलने के लिए रेखीय प्रकाश में नमूना विमान ।
    2. एक 360 ° रोटेट करने योग्य रेखीय ध्रुवर और उद्देश्य के सामने एक बिजली मीटर की स्थापना की ।
    3. रैखिक ध्रुवीकरण घूर्णन द्वारा ध्रुवीकरण की जाँच करें और अधिकतम और न्यूनतम शक्ति, प्रमुख और छोटे अक्ष या ध्रुवीकरण दीर्घवृत्त के लिए इसी टिप्पण.
      नोट: अनुपात इष्टतम रोटेशन प्रदर्शन के लिए ०.९ से अधिक होना चाहिए । यदि यह पहुंच नहीं है, तो समाधान के लिए चरण ४.२ देखें ।
  12. नमूना विमान पर लेजर शक्ति को मापने ।
    1. नमूना विमान में लेजर शक्ति जांच करने के लिए एक ऑप्टिकल बिजली मीटर का उपयोग करें । सत्ता में फँसाने का एक सही gauging के लिए उद्देश्य के माध्यम से पारित सभी प्रकाश इकट्ठा करने के लिए ध्यान रखना.
    2. आउटपुट लेजर शक्तियों के एक रैखिक झाडू प्रदर्शन और जाल में सत्ता घनत्व के लिए बाद में रूपांतरण के लिए नमूना विमान में इसी शक्तियां रिकॉर्ड ।
  13. Köhler में एक डार्क फील्ड (DF) सिस्टम सेट करें एक तेल में डूबे DF संघनित्र कणों और फँसाने घटनाओं के दृश्य को सक्षम करने के लिए का उपयोग कर । इसमें फंसे नैनोकणों की इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी माप दोनों के लिए अनुमति होगी ।

2. रोटेशन की माप के लिए इंस्ट्रूमेंटेशन, रोटेशनल Brownian गतिशीलता, और स्पेक्ट्रोस्कोपी गुण

  1. फोटॉन सहसंबंध एक एकल पिक्सेल डिटेक्टर का उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी ।
    1. nanoparticle से backscattered लाइट निकालने के लिए ऑप्टिकल पथ में एक beamsplitter (30R/70T) डालें ।
    2. संकेतों की रिकॉर्डिंग को सक्षम करने के लिए एक तेज़ एकल पिक्सेल Si photodiode को डेटा प्राप्ति कार्ड से कनेक्ट करें.
      नोट: यह एक photodiode/DAQ कि रोटेशन की उंमीद आवृत्तियों को मापने में सक्षम है (कई दसियों के kHz) महत्वपूर्ण है ।
    3. एक संग्रह एक xyमें फिक्स्ड फाइबर पर प्रकाश फोकस-अनुवाद माउंट । संग्रह फाइबर से पहले एक रैखिक ध्रुवर डालें.
    4. संग्रह फाइबर संरेखण के लिए, फाइबर के निकास अंत करने के लिए कुछ दृश्य प्रकाश सब्सट्रेट रोशन करने के लिए. यह दृश्य और फाइबर के संग्रह क्षेत्र के विश्लेषण की अनुमति देता है ।
    5. xy-अनुवाद माउंट का उपयोग कर फाइबर की स्थिति को समायोजित करें, ताकि इसके संग्रह क्षेत्र ऑप्टिकल ट्रैप की स्थिति के साथ मेल खाता है । एसआई-डिटेक्टर और ठीक धुन फाइबर की स्थिति के निकास के लिए बाहर निकलें अंत एकत्र वापस बिखरे हुए संकेत को अधिकतम करने के लिए कनेक्ट ।
  2. डार्क फील्ड स्पेक्ट्रोस्कोपी सेटअप.
    1. ध्यान रखें कि देखभाल के लिए नमूना और स्पेक्ट्रोमीटर के बीच रास्ते में सभी ऑप्टिकल घटकों को चुनने में लिया जाना चाहिए, ताकि ब्याज की वर्णक्रमीय सीमा के भीतर प्रकाश ब्लॉक नहीं है ।
    2. सीधे बिखरे हुए और/या प्रतिबिंबित लेजर प्रकाश स्पेक्ट्रोमीटर संवेदक नुकसान हो सकता है के रूप में सावधानी रखना । लेजर प्रकाश उचित फिल्टर और/या dichroic beamsplitters का उपयोग कर ब्लॉक । हमेशा न्यूनतम लेज़र पावर पर सेटअप का संरेखण निष्पादित करें ।
    3. स्पेक्ट्रोमीटर करने के लिए प्रकाश पुनर्निर्देशित करने के लिए ऑप्टिकल पथ में एक beamsplitter/दर्पण डालें (इस प्रोटोकॉल में, एक मुक्त अंतरिक्ष युग्मित स्पेक्ट्रोमीटर प्रयोग किया जाता है) । सूक्ष्मदर्शी उत्पादन बंदरगाहों में से एक भी इस्तेमाल किया जा सकता है, अगर उपयुक्त ।
    4. तीव्र फँसाने लेजर प्रकाश को दूर करने के लिए पायदान फिल्टर का प्रयोग करें (लेजर तरंग दैर्ध्य में कुल OD12 के फिल्टर हमारे मामले में पर्याप्त रुकावट के लिए आवश्यक थे), जो अन्य मामले में ब्याज की nanoparticle के वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया अस्पष्ट होगा.
    5. मार्गदर्शक दर्पण द्वारा ऑप्टिकल चिमटी की स्थिति को समायोजित करें (M1 और M2 चित्रा 2में) तो यह स्पेक्ट्रोमीटर भट्ठा की स्थिति के साथ मेल खाता है ।
      नोट 1: ऑप्टिकल ट्रैप की स्थिति में परिवर्तन फोटॉन सहसंबंध माप प्रणाली (निर्देश 2.1.4-2.1.5) के पुनर्संरेखण की आवश्यकता होगी ।
      नोट 2: ऑप्टिकल चिमटी की नई स्थिति में, निर्देश 1.9-1.10 एक अच्छी तरह से संरेखित ऑप्टिकल जाल तक पहुंचने के लिए दोहराया जाना चाहिए ।

3. प्रायोगिक प्रक्रिया

  1. प्रयोगों के लिए कणों की तैयारी.
    1. DI-पानी में कणों को पतला । nanorods की एक उचित एकाग्रता 0.1-0.01 के बीच एक सीमा में होना चाहिए । Sonicate एक अल्ट्रासोनिक क्लीनर स्नान में 2 मिनट के लिए अलग संभव समुच्चय और homogenize समाधान तोड़ने के लिए पतला समाधान है ।
    2. कई कणों के फँसाने से बचने के क्रम में कमजोर पड़ने में nanorods की एकाग्रता ट्यून. अब प्रयोग है कि प्रदर्शन किया जाएगा, कम एकाग्रता के लिए कई कणों या प्रदूषण को फँसाने के जोखिम को कम करने के लिए आवश्यक.
  2. नमूना सेल की तैयारी ।
    1. एक खुर्दबीन स्लाइड और एक कवर ग्लास (No. १.५) एसीटोन में और बाद में isopropanol sonication के तहत पांच मिनट के लिए, क्रमशः धो लें ।
      नोट: प्रयोग के दौरान कांच स्लाइड की सतह प्रभारी कोलाइडयन नैनोकणों के रूप में एक ही ध्रुवीकरण है कि सुनिश्चित करें. surfactant hexadecyltrimethylammonium ब्रोमाइड (CTAB) द्वारा स्थिर नैनोकणों सकारात्मक शुल्क लिया जाता है ।
    2. एक १०० µm स्पेसर टेप अच्छी तरह से ग्लास स्लाइड पर रखें ।
    3. कवर कांच पर अच्छी तरह से और 2 µ एल के भीतर माइक्रोस्कोप स्लाइड पर पतला nanoparticle समाधान के 2 µ एल फैलाने । दोनों सतहों पर समाधान नमूना सेल के एक अधिक नियंत्रणीय विधानसभा के लिए अनुमति देता है ।
    4. कक्ष के अंदर किसी भी हवा के बुलबुले बनाने से परहेज करते हुए नमूना सेल के दो भागों को एक साथ कनेक्ट करें ।
    5. माइक्रोस्कोप मंच पर सेल प्लेस और सूचकांक के एक बूंद-मिलान (विसर्जन) के नमूने के शीर्ष पर तेल और संघनित्र पर एक बूंद जगह है । प्रत्येक पक्ष पर गिरता है कि प्रकाश तितर बितर और DF रोशनी के विपरीत कम कर देता है कि तेल में बुलबुले से बचें ।
  3. एक प्रयोग कर रहे हैं ।
    1. एक कण में अवलोकन के माध्यम से DF इमेजिंग सिस्टम का पता लगाएँ । एक एकल nanorod आमतौर पर अपने Brownian गति के अवलोकन के माध्यम से पहचाना जा सकता है (समुच्चय से अधिक अनिश्चित) और रंग (सबसे मजबूत LSPR अनुनाद के लिए इसी) ।
    2. ट्रैपिंग लेज़र को प्रारंभ/
    3. मंच आंदोलन और ध्यान सुधार की एक श्रृंखला के माध्यम से, पानी ग्लास इंटरफेस की दिशा में लेजर के प्रचार दिशा में विकिरण दबाव के माध्यम से चुना कण धक्का । अंतरफलक पर, z-आंदोलन विकिरण दबाव और nanoparticle सतह पर CTAB अणुओं और सकारात्मक आरोप लगाया सतह के बीच Coulomb reलैबोरेटरी के बीच एक संतुलन से विवश है । xy-उतार चढ़ाव ऑप्टिकल चिमटी में ढाल बलों द्वारा सीमित कर रहे हैं ।
    4. छोटे फोकस सुधार के माध्यम से, ट्रैपिंग स्थिरता या रोटेशन की गति को अधिकतम करें, (अनुदेश ३.४ में नीचे वर्णित के रूप में) के लिए सहसंबंध डेटा से गेज ।
    5. इस बिंदु पर, फंसे nanorod के रोटेशन गतिशीलता और स्पेक्ट्रोस्कोपी गुण रिकॉर्ड करें । निर्देश देखें ३.४ और ३.५ नीचे कैसे जांच करने के लिए इन पर । यह समय की विस्तारित अवधि में किया जा सकता है, कई घंटे तक अगर जरूरत है ।
  4. रोटेशन गतिशीलता माप ।
    1. फाइबर से एक संग्रह क्षेत्र है कि काफी बड़ा हमेशा अपने शोधों की गति के दौरान कण की छवि को बंद करने के लिए सुनिश्चित करें ।
    2. एक उचित जांच आवृत्ति और संग्रह समय Si photodetector के साथ तीव्रता दोलन संकेत इकट्ठा. ६५५३६ हर्ट्ज और 1 एस अधिग्रहण समय के साथ शुरू और अगर जरूरत को समायोजित करने के लिए चुनें ।
      ध्यान दें: आवृत्ति की जांच (और इष्टतम रूप से दस) से कम दो बार पता लगाने के रोटेशन की डिग्री से गुणा आवृत्ति से बड़ा होना चाहिए (N, नीचे देखें) । संग्रह समय काफी लंबा है आवृत्तियों रोटेशन आवृत्ति की तुलना में काफी कम प्राप्त करने में सक्षम होना चाहिए ।
    3. एक घूर्णन nanoparticle से तीव्रता उतार-चढ़ाव डेटा का एक सेट एकत्र होने के बाद, तीव्रता उतार-चढ़ाव के अपने सहसंबंध की गणना । यह हर देरी समय τ (यानी, सी(τ) = {मैं(τ) के लिए एक समय देरी की नकल के साथ संकेत के संबंध की गणना द्वारा किया जाता है · I(0)}).
    4. सैद्धांतिक सहसंबंध फ़ंक्शन करने के लिए एक फ़िट करने
      Equation 1
      मैंकहां 0 औसत तीव्रता है, मैं1 तीव्रता अस्थिरता के आयाम है और n detectable घूर्णन समरूपता की डिग्री है (के लिए छड़ी की तरह कण n = 2)2,3।
    5. फिट से, रोटेशन आवृत्ति fसड़ांध और τ0 (घुमाव Brownian गति गतिशीलता से संबंधित) के क्षय समय निकालें ।
  5. स्पेक्ट्रोस्कोपी माप.
    1. रोशनी प्रकाश इकट्ठा करके सफेद प्रकाश स्पेक्ट्रम (मैंसफेद(λ)) रिकॉर्ड । यह घनी एक सतह पर समान रूप से बिखरने polystyrene मोती बिखरने और उनके बिखरने प्रतिक्रिया एकत्रित द्वारा किया जा सकता है ।
    2. किसी कण के नहीं फंसे होने पर ट्रैपिंग स्पॉट में आवारा लाइट को इकट्ठा करके बैकग्राउंड स्पेक्ट्रम (Ibkg(λ)) को रिकॉर्ड करे ।
      नोट 1: यह प्रत्येक व्यक्ति माप के लिए किया जाना चाहिए, क्योंकि पृष्ठभूमि गुण काफी भिन्न नमूना कक्षों और यहाँ तक कि स्थानों के बीच एक नमूना में भिन्न हो सकते हैं ।
      नोट 2: रिकॉर्डिंग पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रा ऑप्टिकल ट्रैपिंग के लिए इस्तेमाल के रूप में एक ही लेजर शक्ति के लिए किया जाना चाहिए । यह एक गिलास स्लाइड से किसी भी संभव ऑटो प्रतिदीप्ति को दूर करने के लिए, ध्यान में उच्च लेजर तीव्रता से उत्तेजित की अनुमति देता है ।
    3. एक डार्क स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड (मैंअंधेरे(λ)), डिटेक्टर के लिए आ रहा है जब सभी प्रकाश को अवरुद्ध. फिर, एक फंस nanoparticle (मैंरॉ(λ)) के एक कच्चे स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड ।
    4. गणना द्वारा वास्तविक nanoparticle कैटरिंग स्पेक्ट्रम का उपयोग
      Equation 2
    5. LSPR पीक स्थितियों के बारे में जानकारी निकालने के लिए, एक द्वि-Lorentzian फिटिंग फ़ंक्शन के साथ ऊर्जा स्केल में DF स्कैटरिंग स्पेक्ट्रम को सोने में बैंड संक्रमण के लिए रेखीय सुधार शब्द सहित फ़िट करें । मॉडल फ़ंक्शन पढ़ता:
      Equation 3
      जहां ई ऊर्जा है, मैंबी एक आधारभूत तीव्रता है, रैखिक सुधार की ढलान कश्मीर , मैं मैं तीव्रता maxima रहे हैं, Γमैं आधा maxima (FWHM) और ई 0 पर पूर्ण चौड़ाई , मैं दो Lorentzian चोटियों के शिखर पदों ।

4. सामांय समस्याओं का निवारण और समाधान

  1. गोल्ड nanorod गुणों से संबंधित समस्याएं ।
    1. गरीब फँसाने स्थिरता.
      1. सुनिश्चित करें कि मुख्य अनुनाद (आमतौर पर nanorods के मामले में अनुदैर्ध्य प्रतिध्वनि) फँसाना लेजर तरंग दैर्ध्य के नीले तरंग की ओर है । यदि नहीं, तो ढाल बल आकर्षक३७के बजाय प्रतिकारक बन जाएगा ।
      2. के रूप में एक nanorod आकार घट जाती है, Brownian उतार चढ़ाव से गति बढ़ जाती है, और एक ही समय में स्टोक्स खींचें से स्थिर बल कम हो जाती है । आश्वासन nanorods xy-ढाल बल इन स्थिर बलों को दूर करने के लिए काफी बड़े हैं ।
    2. अतिव्यापी या व्यापक वर्णक्रमीय सुविधाओं ।
      1. छड़ LSPR चोटियों के लिए एक बड़ी पर्याप्त पहलू अनुपात करने के लिए पर्याप्त व्यक्तिगत रूप से अलग हो हल ( आंकड़ा 1bदेखें) की जरूरत है ।
        नोट: लेजर तरंग दैर्ध्य आकार anisotropy के लिए एक ऊपरी सीमा डालता है, अनुदैर्ध्य LSPR अब छड़ के लिए redshifts के बाद से ।
      2. नैनोकणों अधिमानतः पर्याप्त छोटे दृश्य शासन में उच्च क्रम LSPR मोड का समर्थन नहीं होना चाहिए, क्योंकि यह विश्लेषण पेचीदा हो । Nanoparticle चयन इस विचार के बीच एक संतुलन है और अनुदेश 4.1.1.2 में फँसाने स्थिरता समस्या है ।
  2. लेजर फँसाने के अपर्याप्त परिपत्र ध्रुवीकरण.
    नोट: फंसे nanoparticle के रोटेशन के इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, लेजर प्रकाश नमूना विमान तक पहुंचने के लिए परिपत्र ध्रुवीकरण किया जाना चाहिए । Beamsplitters और अंय ऑप्टिकल घटकों ध्रुवीकरण निर्भर हो सकता है, जो यह सही परिपत्र ध्रुवीकरण केवल एक QWP का उपयोग कर प्राप्त करने के लिए असंभव कर सकता है ।
    1. एक हाफ वेव प्लेट (HWP; λ/2 चित्रा 2में) QWP के बाद पथ में, beamsplitter birefringence के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए डालें ।
    2. रैखिक ध्रुवीकरण और बिजली मीटर विन्यास सेट और लेजर ध्रुवीकरण राज्य के एक विश्लेषण प्रदर्शन (के रूप में निर्देश 1.11.2-1.11.3).
    3. QWP के पांच डिग्री की वेतन वृद्धि में प्रत्येक स्थिति के लिए, अपने पूरे कोणीय रेंज के माध्यम से HWP घुमाएं (९० °) पांच डिग्री के चरणों में और प्रत्येक स्थिति के लिए शक्ति अनुपात को मापने । QWP और HWP के कोण है कि अधिकतम और ंयूनतम शक्ति के बीच अनुपात को अधिकतम खोजने के लिए प्रयास करें ।
      नोट: हमारे अनुभव में, अधिकतम और ंयूनतम शक्तियों के बीच अधिकतम अनुपात ०.७५ के बिना था और HWP सुधार के साथ ०.९८ ।
  3. xy-विमान में कणों सीमित करने के लिए लेजर शक्ति अपर्याप्त पर इंटरफेस करने के लिए चिपके कणों ।
    1. धुन स्थिर surfactant की एकाग्रता, एक कण धोने प्रक्रिया और बाद में nanorods के CTAB के एक नियंत्रित एकाग्रता में फिर से फैलाव के माध्यम से ।
      1. नैनोकणों के स्टॉक समाधान जब तक कणों तलछट (~ 600g में 5 मिनट) केंद्रापसारक ।
      2. निलंबन तरल निकालें ।
      3. फिर से पानी में फैलाते हैं. यह शेयर समाधान की CTAB सामग्री को पतला कर रहा है ।
      4. दोहराएँ चरण 4.3.1.1. और 4.3.1.2 । एक बार और ।
        नोट: के बाद से CTAB colloid स्थिर एजेंट के रूप में कार्य करता है, अत्यधिक केंद्रापसारक समय और गति से बचने के एकत्रीकरण के जोखिम के रूप में CTAB दूर धोया जाता है के बाद से धुलाई कदम सफल होने में ।
      5. मूल कोलाइडयन समाधान में CTAB सर्फेक्टेंट के अधिकांश अब हटा दिया जाता है और एक नया, अच्छी तरह से नियंत्रित, CTAB की एकाग्रता colloid के लिए शुरू किया जा सकता है । हमारे अनुभव से, पानी में शेयर समाधान फैलाने के 20 µ मीटर के साथ CTAB और बाद में DI-पानी कमजोर पड़ने की सतह कवरेज में प्रयोगात्मक समाधान एकाग्रता परिणाम के लिए पर्याप्त Coulomb reलैबोरेटरी पैदा करता है ।
      6. संभव CTAB एकाग्रता के ठीक ट्यूनिंग उपयुक्त कण बनाने के लिए आवश्यक हो सकता है/इस्तेमाल नैनोकणों के विशेष बैच के लिए सतह reलैबोरेटरी । इसके बाद के संस्करण प्रक्रिया पुनरावृति और थोड़ा CTAB एकाग्रता बदल एक उचित एक खोजने के लिए ।
    2. कांच की सतह को नकारात्मक आरोप सतह धोने ।
      नोट: यह धुलाई प्रक्रिया एक नकारात्मक आरोप लगाया सतह कि प्रयोगात्मक समाधान में मुक्त CTAB अणुओं के साथ लेपित किया जाएगा पैदा करता है, यह सकारात्मक और electrostatically के कण के लिए 2 डी ट्रैपिंग के दौरान प्रतिकारक बना ।
      1. एक खुर्दबीन स्लाइड लो और यह पानी का एक मिश्रण में साफ और बुनियादी डिटर्जेंट के 2 wt% के बारे में 10 मिनट के लिए गरम ८० ° c जब तक सतह दिख हाइड्रोफिलिक है ।
        नोट: यह कांच की सतह को छिद्रित कर सकता है और संदूषण कणों की एक भीड़ का उत्पादन कर सकते हैं, के बाद से बहुत लंबा या कठोरता से धोने ग्लास स्लाइड से बचें ।
  4. फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ समस्या ।
    1. तीव्रता दोलनों या शोर संकेत के कम आयाम.
      1. संग्रह फाइबर, जो लेजर प्रकाश और ब्लॉक अंधेरे क्षेत्र रोशनी प्रकाश गुजरता से पहले एक bandpass फिल्टर ( चित्रा 2में बीपी फिल्टर) डालें ।
        नोट: सिद्धांत रूप में, माप काम करता है जब सभी प्रकाश के रूप में अच्छी तरह से इकट्ठा । हालांकि, unध्रुवीय सफेद प्रकाश DF रोशनी कुशलतापूर्वक विमान मोड से बाहर उत्तेजित, और एक nanorod ऑप्टिकल धुरी के लिए सामांय एक विमान में अपनी छोटी धुरी के बारे में घूमता है के बाद से, यह विमान अनुप्रस्थ LSPR के बाहर है । इस विधा के रोटेशन के दौरान किसी भी आकार anisotropy ले और यह से प्रकाश का संग्रह नहीं करता केवल माप के शोर अनुपात के लिए संकेत कम कर देता है ।
    2. अतिरिक्त क्षय में सहसंबंध फ़ंक्शन ।
      1. सुनिश्चित करें कि संग्रह फाइबर के मुख्य आकार के लिए पर्याप्त बड़े शोधों Brownian गति के कारण अपनी यात्रा के दौरान nanoparticle की छवि को नियंत्रित करने के लिए है ।
      2. यदि एक बहुत छोटे कोर आकार के साथ एक फाइबर का प्रयोग किया जाता है, यह एक बड़ा एक साथ बदलें ।
      3. नए फाइबर के संरेखण की जाँच करें, के रूप में निर्देश 2.1.4-2.1.5.

Representative Results

रोटेशन और एक सोने की nanorod है कि ठीक से प्रचलन में फँसा हुआ लेजर चिमटी में फंस गया है के रोटेशन Brownian गति प्रकाश तितर बितर तीव्रता उतार चढ़ाव (आंकड़ा 3ए) एक पिक्सेल डिटेक्टर का उपयोग कर रिकॉर्डिंग द्वारा जांच की जा सकती है । इस संकेत के एक सहसंबंध स्पेक्ट्रम एक थरथरानवाला घटक, चित्र बीमें दिखाए गए एक के समान होता है । जो एक सैद्धांतिक सहसंबंध समारोह में फिट किया जा सकता है । फिटिंग रोटेशन आवृत्ति और सहसंबंध क्षय समय है, जो nanorod के रोटेशन Brownian उतार चढ़ाव से संबंधित है की निकासी की अनुमति देता है ।

के रूप में प्रोटोकॉल (अनुदेश 4.4.2) में उल्लेख किया है, यह फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए backscattered लेजर प्रकाश इकट्ठा करने के लिए एक पर्याप्त मोटी फाइबर कोर का उपयोग करने के लिए आवश्यक है । यदि यह मामला नहीं है, एक अतिरिक्त क्षय शब्द में और जांच की मात्रा के बाहर कण अनुवाद करने के लिए संबंधित सहसंबंध समारोह में मौजूद हो जाएगा, चित्रा 4देखें । सावधान विश्लेषण के माध्यम से, यह प्रणाली के बारे में अधिक जानकारी प्रदान कर सकता है; हालांकि, यह डेटा में समाहित घुमाव Brownian गतिशीलता का विश्लेषण पेचीदा हो जाता है ।

३.५ अनुभाग में वर्णित के रूप में फंसे नैनोकणों से स्पेक्ट्रा सही DF को प्राप्त करने के लिए, अपुष्ट वर्णक्रमीय डेटा नपेed करने की आवश्यकता है । यह रोशनी लैंप स्पेक्ट्रम रिकॉर्डिंग के साथ ही एक पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम (आंकड़ा 5ए) के द्वारा किया जाता है । जब एक गिलास सतह पर गहन लेजर प्रकाश ध्यान केंद्रित, ऐसे सब्सट्रेट जिसके खिलाफ nanorods फंस रहे हैं के रूप में, कुछ प्रतिदीप्ति उत्पन्न किया जा सकता है ( चित्र 5 एकी पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम में लाल वर्णक्रमीय योगदान देखें). इस प्रतिदीप्ति संक्रमण जुड़े सिलिका सब्सट्रेट का उपयोग करके कम किया जा सकता है । हालांकि, यह वैसे भी उच्च सही लेजर शक्ति पर खाली ऑप्टिकल चिमटी के साथ एक पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करने के लिए सिफारिश की है । एक कैटरिंग स्पेक्ट्रम दर्ज की गई है और वास्तविक nanoparticle कैटरिंग से संबंधित नहीं सभी वर्णक्रमीय घटक के लिए क्षतिपूर्ति किया गया है, स्पेक्ट्रम से संबंधित जानकारी निकालने के लिए एक द्वि-Lorentzian फिटिंग समारोह के साथ ऊर्जा के पैमाने में फिट किया जा सकता है LSPR पीक पोजिशन (फिगर 5b).

Figure 1
चित्रा 1: SEM छवियां और पहनावा विलुप्त स्पेक्ट्रा के लिए दो प्रतिनिधि nanoparticle बैचों. a) स्केल बार २०० एनएम है । ख) नीले/लाल एक में SEM छवियों की सीमा) लाल/ब्लू स्पेक्ट्रम के अनुरूप, क्रमशः । अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य LSPRs से संबंधित वर्णक्रमीय चोटियों स्पष्ट रूप से भेद कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: nanoparticle रोटेशन माप के लिए ऑप्टिकल चिमटी सेटअप के योजनाबद्ध चित्रण । लेजर प्रकाश collimated है और एक Keplerian दूरबीन के माध्यम से विस्तार किया है, और बाद में दो जंगम दर्पण (M1, M2) और एक beamsplitter (बी एस) के उपयोग के माध्यम से उद्देश्य के लिए निर्देशित । लेजर पथ में दो waveplates ऑप्टिकल चिमटी के परिपत्र ध्रुवीकरण का अनुकूलन (λ/2, λ/ Backscattered लेजर प्रकाश फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी और रोटेशन गतिशीलता माप के लिए एक रैखिक ध्रुवीकरण के बाद एकत्र किया जा सकता है । लेजर लाइट को हटाने के बाद बिखरी हुई सफेद रोशनी को किसी स्पेक्ट्रोमीटर या कैमरे के पास निर्देशित किया जाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: एक फंस और घूर्णन nanorod. a के लिए वक्र फ़िट के साथ प्रतिनिधि तीव्रता और परस्पर सहसंबंध डेटा) 1s के लिए एक रैखिक ध्रुवर के बाद एक पिक्सेल डिटेक्टर द्वारा दर्ज की तीव्रता उतार चढ़ाव, और उतार चढ़ाव की साजिश में तेजी से बढ़ी. ख) एक घूर्णन सोने nanorod (नीले अंक), backscattered लेजर प्रकाश से एकत्र के लिए तीव्रता अस्थिरता के डेटा को फिर से संबद्ध । डेटा एक दोलन है कि कुछ समय के बाद क्षय से पता चलता है । दोलन nanorod के रोटेशन आवृत्ति से संबंधित है, जबकि क्षय रोटेशन Brownian गति के कारण है । सैद्धांतिक सहसंबंध समारोह के लिए एक फिट (लाल रेखा) की एक रोटेशन आवृत्ति को निकालने के लिए किया जाता है f = २४२८५ ± ४५ हर्ट्ज और τके एक सहसंबंध क्षय समय0 = ४०.९ ± १.०६ µs । एफ और τ0 अनिश्चितताओं फिट के ९५% विश्वास अंतराल, जो दृढ़ संकल्प (आर2) के ०.९८७७ के गुणांक है प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी माप में एक बहुत छोटा जांच मात्रा के साथ मुद्दा. a) एक घूर्णन सोने nanorod, एक मोटी (४०० µm, नीले डेटा) और एक पतली (६२.५ µm, लाल डेटा) फाइबर का उपयोग कर एकत्र के लिए एक परस्पर सहसंबंध डेटा । एक मोटी फाइबर का उपयोग कर संग्रह सुनिश्चित करता है कि nanorod हमेशा जांच मात्रा के भीतर सीमित है और यह है कि सहसंबंध समारोह केवल रोटेशन गतिशीलता के उपाय । एक अतिरिक्त क्षय शब्द के कारण शोधों Brownian गति मौजूद है जब जांच मात्रा अपर्याप्त है । ख) और सी), प्रभाव और वापस प्रबुद्ध संग्रह क्षेत्र की छवियों के योजनाबद्ध चित्र दिखाए जाते हैं । स्केल पट्टियां 2 µm हैं । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: अनुकरणीय डार्क फील्ड कैटरिंग स्पेक्ट्रा एक गोल्ड nanorod ऑप्टिकली ६६० एनएम लेजर लाइट द्वारा फंसे के लिए दर्ज की गई । वर्णक्रमीय क्षेत्र 630-670 एनएम (1.85-1.97 eV) पायदान को फँसाने लेजर प्रकाश ब्लॉक की जरूरत फिल्टर के कारण विकृत है । एक) कच्चे कैटरिंग स्पेक्ट्रा (डार्क ब्लू) सुविधाओं है कि कण के तितर बितर करने के लिए अंतर्निहित नहीं हैं और के लिए नपेed किया जाना चाहिए प्रदर्शित. ये पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम (लाल) है, जो अत्यधिक ध्यान केंद्रित लेजर प्रकाश से उत्साहित autofluorescence शामिल हैं, और सफेद प्रकाश उत्तेजना स्पेक्ट्रम (नारंगी, पायदान फिल्टर के बिना दर्ज की गई है) । अंशांकन के बाद, सही बिखरने स्पेक्ट्रम (हल्का नीला) दो अलग LSPR चोटियों से पता चलता है के रूप में उम्मीद है । तीर प्रत्येक स्पेक्ट्रम के लिए पैमाने पर संकेत मिलता है । ख) एक फंस nanorod (नीले अंक) के लिए एक साथ द्वि-Lorentzian मॉडल समारोह (लाल) के लिए अपने घटकों (हल्के नीले और नारंगी) के साथ एक फिट के साथ बिखरने स्पेक्ट्रम । विकृत वर्णक्रमीय क्षेत्र डेटा की फिटिंग में उपेक्षा की है और फिट ०.९९७५ के एक आर2 है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

ऑप्टिकल ट्रैपिंग सेटअप इस प्रोटोकॉल में वर्णित एक वाणिज्यिक औंधा माइक्रोस्कोप के आसपास बनाया गया है और लाल लेजर प्रकाश का उपयोग करता है । हालांकि, उल्लिखित तकनीक बहुमुखी हैं और केवल मामूली परिवर्तन के साथ, सबसे वाणिज्यिक या घर निर्मित सूक्ष्मदर्शी, दोनों ईमानदार और उल्टे, चारों ओर परिपत्र ध्रुवीकरण ऑप्टिकल चिमटी का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । ट्रैपिंग लेजर तरंग दैर्ध्य एक व्यापक दिखाई NIR स्पेक्ट्रम केभीतर चुना जा सकता है, के रूप में लंबे समय के रूप में ऑप्टिकल घटकों और डिटेक्टरों के बाकी इस विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर कार्यात्मक हैं । फिर भी, जब एक लेज़र तरंग दैर्ध्य का चयन, आकार और कणों की अनुनादों के लिए वर्णक्रम के आसपास के क्षेत्र में हेरफेर किया जा करने के लिए विचार किया जाना चाहिए, क्योंकि यह ऑप्टिकल फँसाने बलों और रोटेशन के प्रदर्शन को प्रभावित करेगा2,5, photothermal प्रभाव1, और ट्रैपिंग स्थिरता26की भयावहता । हम पहले सफलतापूर्वक ६६०, ७८५, ८३०, और १०६४ एनएम के लेजर तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हुए गोलाकार ध्रुवीय लेजर चिमटी के साथ काम किया है ।

ऑप्टिकल ट्रैपिंग सेटअप का सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक माइक्रोस्कोप उद्देश्य है । इस प्रोटोकॉल में उद्देश्य न = ०.९५ के साथ एक शुष्क उद्देश्य है । शुष्क उद्देश्य के प्रयोग से सेटअप का एक सरल बोध होता है; हालांकि, यह नमूना सेल इंटरफेस में अपवर्तन के कारण ऑप्टिकल विचलन के लिए नेतृत्व करता है । वर्तमान मामले में, परिणाम विवर्तन सीमा (~ ०.४ µm) की तुलना में एक थोड़ा बढ़े फोकस स्पॉट (~ १.२ µm) है, लेकिन यह महत्वपूर्ण मंच के सामान्य या रोटरी प्रदर्शन को बदल नहीं करता है । प्रधानाचार्य में, माइक्रोस्कोप उद्देश्यों की एक विस्तृत श्रृंखला का इस्तेमाल किया जा सकता है, बशर्ते कि वे फँसाना तरंग दैर्ध्य में अच्छा संचरण है, अच्छा ध्रुवीकरण रखरखाव और लंबे समय तक काम करने के लिए एक खुर्दबीन कवर पर्ची और पानी की परत के माध्यम से फंसाने प्रदर्शन दूरी । 2d फंसाने के मामले में, ना अपेक्षाकृत कम हो सकता है, जो पूरे प्रयोग सरल बनाता है और ध्यान में क्लीनर परिपत्र ध्रुवीकरण प्रदान करता है । हालांकि, उच्च लेज़र शक्तियों की आवश्यकता हो सकती है से अधिक के मामले में एक अधिक ना उद्देश्य । हमारे अनुभव में, फंसाने के लिए सबसे अच्छा प्रदर्शन, रोटेशन और काले क्षेत्र स्पेक्ट्रोस्कोपी na 0.7-0.95 के साथ उद्देश्यों के साथ प्राप्त की है, लेकिन यह कम के रूप में अच्छी तरह से उच्च ना उद्देश्यों का उपयोग करने के लिए संभव है.

रोटरी गति के अच्छे फोटॉन सहसंबंध माप प्राप्त करने के लिए, एक तेजी से एकल पिक्सेल डिटेक्टर की जरूरत है । एक के साथ एक डिटेक्टर चुनें एक बैंडविड्थ कम से कम दो, अधिमानतः दस, बार से अधिक की उम्मीद रोटेशन आवृत्ति आकार पतन कारक और उच्च संवेदनशीलता से गुणा करने के लिए फँसा हुआ तरंग दैर्ध्य इस्तेमाल किया. प्रवर्धित एसआई photodetectors, सिंगल फोटॉन काउंटिंग APDs, और PMTs हमारी प्रयोगशालाओं में विभिन्न setups में सफलता के साथ इस्तेमाल किया गया है । अतिरिक्त जानकारी, ट्रैप कठोरता पर उदाहरण के लिए, मापने और विश्लेषण अच्छी तरह से स्थापित तकनीक का उपयोग कर कण अनुवाद विस्थापन के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है जैसे शक्ति वर्णक्रमीय विश्लेषण5। पिछले प्रकाशनों के एक नंबर इस तकनीक३८,३९के विभिंन वेरिएंट का वर्णन । DF स्पेक्ट्रोस्कोपी एक विस्तृत रेंज मुक्त अंतरिक्ष या फाइबर युग्मित स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया जा सकता है और चुनाव वर्णक्रमीय सीमा और तरंग दैर्ध्य और लौकिक संकल्प की योजना बनाई अध्ययन के लिए आवश्यक पर आधारित होना चाहिए ।

एक ट्रैपिंग प्रयोग करते समय, अतिरिक्त कणों गलती से जाल में प्रवेश कर सकते हैं । इस रोटेशन आवृत्ति है, जो दृढ़ता से गड़बड़ी के कारण उतार चढ़ाव होगा निगरानी द्वारा पता लगाया जा सकता है । DF माइक्रोस्कोपी द्वारा दृश्य निरीक्षण एक अतिरिक्त कण की उपस्थिति को सत्यापित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जिस स्थिति में चरण आगे अशांति से बचने के लिए ले जाया जा सकता है या प्रयोग को पुनः आरंभ करने की आवश्यकता है ।

प्रणाली ऊपर वर्णित एक सरल और कारगर तरीका है 2d शोधन और धातु नैनोकणों के रोटेशन का एहसास है । हालांकि, कुछ अनुप्रयोगों के लिए, हेरफेर के लिए स्वतंत्रता के अतिरिक्त डिग्री है कि 3 डी ट्रैपिंग के साथ आता है महत्वपूर्ण है, और वर्तमान विंयास इसलिए एक सीमा है । हालांकि, 3 डी शोधन और रोटेशन काउंटर का प्रचार लेजर चिमटी या अधिक विदेशी ट्रैपिंग विंयास का उपयोग करके प्राप्त हो सकता है ।

हालांकि कण और सिस्टम पैरामीटर यहां चर्चा के लिए नीचे photothermal हीटिंग को कम करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता ~ 15 कश्मीर4, तापमान धातु नैनोकणों के plasmonic उत्तेजना के साथ जुड़े वृद्धि कुछ में समस्याग्रस्त किया जा सकता है अनुप्रयोगों. आगे की गर्मी में कमी की ओर एक संभावित मार्ग plasmonic कणों के बजाय उच्च सूचकांक अचालक नैनोकणों का उपयोग करने के लिए है । इस तरह के कणों का समर्थन मजबूत मिए-प्रकार तितर बितर अनुनादों पर एक ही समय में प्रदर्शन कम आंतरिक अवशोषण गुणांक. हम हाल ही में कोलाइडयन गुंजयमान Si नैनोकणों कि इस संबंध में उपयोगी साबित हो सकता है निर्माण करने में सक्षम है४०,४१।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह काम Knut और ऐलिस Wallenberg फाउंडेशन, स्वीडिश अनुसंधान परिषद और अग्रिम Nanoscience और नैनो के Chalmers क्षेत्र द्वारा समर्थित किया गया था ।

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

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अभियांत्रिकी अंक १३६ ऑप्टिकल रोटेशन nanomotors plasmonics ऑप्टिकल चिमटी Brownian मोशन photothermal इफेक्ट्स LSPR स्पेक्ट्रोस्कोपी
निर्माण और एक प्रकाश संचालित सोने Nanorod रोटरी मोटर प्रणाली के संचालन
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Andrén, D., Karpinski, P.,… 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).

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