Plazmonik ve Nanofotonik for Applications Nanopatch Antenlerin Kolloidal Sentezi

Bu deneysel prosedürün genel amacı, güçlü bir şekilde geliştirilmiş floresan gibi özel ışık-madde etkileşimlerini mümkün kılabilen nanopatch antenleri üretmek için bir teknik göstermektir. Bu yöntem, nanofotonik ve plazmonik topluluklarda, yüksek floresan artışının nasıl sağlanacağı ve diğer ilgili alt süreçlerin kontrolünün nasıl sağlanacağı gibi temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, kritik özellik boyutunun tek bir nanometre ölçeğinde kontrol edilebildiği nanoantenlerin büyük ölçekli imalatını mümkün kılmasıdır.

Bu prosedürü gösteren, doktora sonrası bir ortak olan Thang Hoang ve laboratuvarımdan bir yüksek lisans öğrencisi olan Jiani Huang olacak. Temizlenmiş yuvarlak tabanlı bir şişeyi sıvının yaklaşık 10 mm derinliğinde ısıtma banyosuna daldırarak sentez prosedürüne başlayın. Ardından, yuvarlak tabanlı şişeye 10 mL etilen glikol veya EG yerleştirmek için bir mikropipet kullanın.

Şişenin kapağını kapatın ve 20 dakika bekleyin. Bu adımın amacı, şişeyi EG ile temizlemektir. 20 dakika sonra kapağı çıkarın ve ardından yuvarlak tabanlı matarayı ısıtma banyosundan kaldırın. EG çözeltisi sıcak olduğu için tüm kelepçeyi çıkarın.

10 mL EG'yi manyetik karıştırma çubuğunun düşmediğinden emin olarak bir atık kabına dökün. Şişeyi tekrar ısıtma banyosuna yerleştirin. Şişeye 5 mL EG eklemek için bir mikropipet kullanın ve kapağı kapatın.

5 dakika bekledikten sonra kapağı çıkarın ve bir mikropipet kullanarak 60 mikrolitre sodyum hidrosülfür hidratı şişeye yerleştirin. Kapağı tekrar takın ve iki dakika bekleyin. İki dakika sonra kapağı çıkarın ve 500 mikrolitre hidroklorik asit solüsyonunu şişeye yerleştirmek için bir mikropipet kullanın.

Hemen, kapağı tekrar takmadan ve iki dakika beklemeden önce şişeye 1.25 mL PVP solüsyonu eklemek için bir mikropipet kullanın. Kapağı çıkardıktan sonra, 400 mikrolitre gümüş trifloroasetat solüsyonunu şişeye yerleştirmek için bir mikropipet kullanın ve kapağı tekrar takın. 2,5 saat bekleyin.

Gümüş nanoküpler bu aşamada oluşuyor. Bu süre boyunca oda ışığını en aza indirin. 2,5 saat sonra ısıtıcıyı kapatın, ancak alttaki sıvının yanmasını önlemek için karıştırmayı açık bırakın.

Şişeyi ısıtma banyosunun üzerine kaldırmak için kelepçeyi kullanın ve kapağı çıkarın. Ardından, daha hızlı soğumasını sağlamak için şişeyi ısıtma banyosundan çıkarın. Yaklaşık 20 dakika sonra, şişeye 5 mL aseton ekleyin.

Çözeltileri iyi bir şekilde karıştırmak için girdap yapın. Sonunda, çözeltinin toplam hacmi 12 mL'dir. Bir mikropipet kullanarak, nihai çözeltiyi sekiz küçük 1,5 mL plastik tüpe aktarın.

Bu sekiz tüpü on dakika boyunca 5.150 Gs hızında santrifüjleyin. Sonuç olarak, tüm gümüş nanoküpler tüplerin dibindedir. Üst süpernatanı çıkarmak için bir mikropipet kullanın ve her tüpün altında yaklaşık 100 mikrolitre bırakın.

Ardından, bu tüplerin her birine 1 mL deiyonize su ekleyin. Tüpleri girdap ve sonikleştirin. Nanoküpler şimdi esas olarak deiyonize suda süspanse edilmiştir.

Santrifüjleme-yeniden süspansiyon adımını bir kez daha tekrarlayın. İlk olarak, altın filmi beş dakika boyunca bir PAH çözeltisine batırarak bir polialeamin hidroklorür veya PAH tabakası biriktirin. Bu, altın filmin üzerinde yaklaşık 1 nanometre kalınlığında bir PAH tabakası ile sonuçlanır.

Beş dakika sonra, altın filmi temiz deiyonize su kullanarak durulayın. Artık altın filmin üzerinde tek bir PAH katmanı var. Daha sonra, tek PAH tabakası ile altın filmi bir dakika boyunca bir sodyum klorür çözeltisine daldırın.

Daha sonra, tek PAH tabakası ile altın filmi beş dakika boyunca bir polistiren sülfonat veya PSS çözeltisine daldırın. Bu, PAH katmanının üstünde yaklaşık 1 nanometre kalınlığında bir PSS katmanı ile sonuçlanır. Altın film üzerine toplam beş polielektrolit tabakası biriktirmek için bu işleme devam edin.

Numune yüzeyine 100 mikrolitre 25 mikromolar siyanin-5 solüsyonu damlatın. Ardından, çözelti damlasının üzerine temiz bir kapak fişi yerleştirin. Siyanin-5 molekülleri, üst polielektrolit katmanlarına eşit şekilde birleşecektir.

On dakika sonra, numuneyi deiyonize su ile durulayın ve temiz nitrojen gazı kullanarak kurutun. Nanopatch antenler oluşturmak için, hazırlanan nanoküp çözeltisini deiyonize su kullanarak 100 kez seyreltin, böylece tek tek nanopatch antenlerin optik çalışmasını sağlayın. 20 mikrolitre seyreltilmiş nanoküp solüsyonunu temiz bir kapak fişi üzerine damlatmak için bir mikropipet kullanın.

Numuneyi iki dakika boyunca kapak fişi ile temas edecek şekilde yerleştirin. Sonuç olarak, gümüş nanoküpler üst terminal PAH tabakası üzerinde hareketsiz hale getirilir, çünkü burada sentezlenen nanoküpler negatif yüklüdür ve üst PAH tabakası pozitif yüklüdür. İki dakika sonra, numuneyi deiyonize su ile durulayın ve temiz nitrojen gazı kullanarak kurulayın.

Burada, bu prosedürden elde edilen gümüş nanoküplerin temsili taramalı elektron mikroskobu görüntüleri gösterilmektedir. Burada numune, seyreltilmemiş bir nanoküp çözeltisi kullanılarak üretildi. Oysa bu görüntülerde numune on ve yüz kez seyreltildi.

Her durumda, yaklaşık 10 nanometrelik bir eğrilik yarıçapına sahip, keskin köşelerle karakterize edilen nispeten düzgün bir boyuta sahip nanoküpler gözlenir. Burada, gömülü siyanin-5 boya molekülleri ile son nanopatch antenlerin temsili optik karakterizasyonları gösterilmektedir. Bir nanopatch anten topluluğunun yansıma ölçümleri, 650 nanometrede karakteristik bir plazmon rezonansı göstermektedir.

Tek tek nanoantenlerin saçılma ölçümleri, aynı dalga boyunda, ancak daha dar bir genişliğe sahip bir rezonans gösterir. Numunenin karanlık alan görüntüleri, tek tip kırmızı renkte kırınım sınırlı noktalar gösterir, bu da çoğu nanopatch anteninin, fabrikasyon nanoküplerin iyi boyut homojenliği nedeniyle çok benzer rezonanslara sahip olduğunu gösterir. Son olarak, gömülü siyanin-5 boya moleküllerinin büyük floresan artışı gözlenir.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu üretim tekniği düzgün bir şekilde gerçekleştirilirse beş saat içinde tamamlanabilir. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, nanofotonik ve plazmonik alanlarındaki araştırmacıların, ışık yayan diyotlar, yüksek verimli fotoreflektörler ve kuantum bilgi bilimi dahil olmak üzere tek yüzeyli optoelektronik cihazlarda temel uygulamalı metal etkileşimini ve potansiyel uygulamaları keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, gelişmiş ışık-madde etkileşimlerini sağlamak için kolloidal olarak sentezlenmiş gümüş nanoküpleri kullanarak nanopatch antenlerin nasıl üretileceğini iyi anlamış olmalısınız.