Wir erkennen Thorlabs für Sponsoring diese Veröffentlichung und die Finanzierung aus dem Natural Science and Engineering Research Council (NSERC) of Canada Discovery Grant. Wir danken Bryce Cyr und Douglas Rennehan für die Produktion Unterstützung bei der Erstellung dieses Video Artikel.

Das Prinzip der SIBA Trapping-Technik ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 2 ist eine schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus. Ein. Optical Trapping-Setup Für diesen Abschnitt des Verfahrens zur optischen Trapping-Kit siehe Handbuch 9 oder das optische Kraftmessung Modul-Handbuch 10 für Einzelheiten zum Einrichten der Sets. Man beachte, dass eine Avalanche-Fotodiode (APD) anstelle eines Quadranten Positionsdetektor verwendet. Für Schrauben nicht in der optischen Trapping-Kit enthalten, verwenden Sie die, die in der Schraube und Hardware-Kit (Thorlabs, HW-KIT2). Augenschutz sollte immer getragen werden, wenn der Laser eingeschaltet ist. Stellen Sie sicher, dass der Strahl in einem sicheren Bereich und reflektierende Accessoires, wie Schmuck enthalten ist, sollte vermieden werden. Außerdem ist Schutz vor elektrostatischen Entladungen empfiehlt beim Umgang mit Laserdioden. <ol><li> Stellen Sie die optische Pinzette Kit (Thorlabs, OTKB / M) und die Kraft Maßnahmensung Modul (Thorlabs, OTKBFM) nach den jeweiligen Handbüchern. Silizium-basierte Lawinenphotodiode (APD) (Thorlabs, APD110A) anstelle der Kraftmessung Moduls (Thorlabs, OTKBFM) Quadranten Positionsdetektor verwendet. </li><li> Schließen Sie die APD mit einem Oszilloskop (Tektronics, TDS1012) über ein Koaxialkabel. </li><li> Hinzufügen eines Halbwellenplatte (Thorlabs, AHWP05M-980) im Inneren des Strahlexpander. Die Halbwellenplatte zwischen zwei Linsenaufnahmen (Thorlabs, SM1L03) befestigt ist. </li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> Cut eine goldbeschichtete Testträger (EMF Corp, Cr / Au) in vier identische Teile. Als Alternative zu den im Handel erhältlichen Folien, haben wir auch eine 100 nm dicke Au-Film mit einer 2 nm Ti Haftschicht abgeschieden durch Elektronenstrahllithografie Abscheidung auf einem 1 Quadratzoll Glasobjektträger Substrats bei einer erhöhten Temperatur von 200 ° C während verwendet mindestens 1 Std.. Dies erzeugt einen glatten polykristallinen Film. </li><li> Erstellen eines Bitmapbilds der doppelsträngigen Struktur nanohole als Eingabe fürder fokussierte Ionenstrahl (FIB) System ist ein Bitmap. Das Bild besteht aus zwei volle Kreise, 160 nm Durchmesser mit einem Mittenabstand von 190 nm aufweist. Diese Vorlage erstellt einen Tipp Abstand von ca. 15 nm. Zwischen den Kreisen, kann eine optionale dünne Linie platziert, um alle Rückstände Metall in zwischen den Spitzen zu entfernen. 3a zeigt ein Beispiel Bitmapbild. </li><li> Herstellung der Doppel-nanohole Struktur unter Verwendung eines FIB (Hitachi, FB-2100) Frässystem. Umrechnen Bitmap im Schritt 2.2 in einem FIB Fräsbildes (die dunklen Bereich im Bitmap wird durch das FIB gefräst). Verwenden einer Ionen Beschleunigungsspannung von 40 kV, einem Strahlbegrenzungsöffnung von 15 um Durchmesser unter 60 K-facher Vergrößerung. Mühle 80 Ausweise für einen Doppel-nanohole mit einer 5 usec Dosis Zeit bei jedem Durchgang. 3b zeigt eine typische resultierende Struktur. Wiederholen Sie nach Bedarf. Mehrere Nano-Lochmuster sollte für Fehler erlauben werden. </li><li> Hinzufügen Registrierung Marker, entweder unter Verwendung des FIB und / oder von hund um anzuzeigen, die ungefähre Lage des doppelt nanohole (n). </li><li> Wahlweise nehmen Sie eine REM-Aufnahme der Bohrungen genau zu evaluieren Struktur Qualität und tip Trennung. </li></ol> 3. Mikrofluidischen Kammer Verfahren Flussdiagramm zur Fertigung des Mikrofluidik-Kammer ist in Abbildung 4 dargestellt. <ol><li> Gießen Sie 10 g Polydimethylsiloxan (PDMS) base (Dow Corning Canada, Sylgard 184 Siliconelastomer Base) und zusätzlich 1 g Härter (Dow Corning Canada, Sylgard 184 Siliconelastomer Härter) in einem Einwegbecher. Mischung für ein paar Minuten. </li><li> Evakuieren Mischung in der Vakuumkammer, bis alle Luftblasen verschwunden sind. </li><li> Gießen Sie 1,5 g PDMS in einer 9 cm Durchmesser Petrischale. Spin Mantel PDMS auf der Unterseite der Petrischale bei 950 rpm für 65 sec. Abbildung 4b zeigt das Ergebnis. Die Dicke ist nicht kritisch, solange sie unter 80 um beträgt; der Goldfilm ist innerhalb des unteren Mikroskop objektive die Arbeitsbedingungen zu erreichen. </li><li> Sanft statt 05.03 # 1.5 Deckgläser (Fisher Scientific, 12-541-B) auf den PDMS, so dass sie sich nicht überlappen und für 30 min zu evakuieren, wie in Abbildung 4c gezeigt. </li><li> Wenn Deckgläser bewegt und übereinander gestapelt übereinander während der Evakuierung, sanft bewegen sie sich gegenseitig. Vorsicht ist geboten, um PDMS unter Deckgläsern dünn und gleichmäßig zu halten genommen werden. </li><li> Wenn eine Manipulation der Deckgläser wurde benötigt, evakuieren Petrischale erneut 30 min. </li><li> Entfernen Petrischale aus der Vakuumkammer und kochen auf heißer Platte für 20 Minuten bei 85 ° C. </li><li> Mit einer Rasierklinge herausgeschnitten einer der Deckel rutscht dann hebeln bis die Folie mit feiner Spitze Pinzette. Eine dünne Schicht aus PDMS wird auf dem Deckglas bleiben, wie PDMS ist mehr Klebstoff zur Deckglas als das PMMA Petrischale wie in 4e. </li><li> Ausschneiden eines 3 x 3 mm großen Fenster im PDMS mit einer Rasierklinge, wie in 4f. Dieses Fenster bildet die Kammer, wo die nanoparticle Lösung gehalten werden. </li></ol> 4. Probenvorbereitung <ol><li> Fabrizieren einen Mikroskopobjektträger mit einem ¾ &quot;Durchmesser Loch im Zentrum mit Acryl. Dies kann mit einem Laserschneider bewerkstelligt werden. Andere Materialien können ebenso verwendet werden. Das Gold Probe in der Vertiefung platziert werden. </li><li> Band der Umfang des Lochs mit einem doppelseitigen Klebeband. Verwenden einer Rasierklinge überschüssige Band geschnitten. </li><li> Ort Objektträger auf dem Deckglas, stehen PDMS up. </li><li> Verdünnt das Polystyrol Nanokügelchen Lösung (Thermo Scientific, 3020A) von 1% w / v bis 0,05% w / v mit deionisiertem Wasser. Ein Mikropipette verwendet werden. </li><li> Fügen Sie ein paar Tropfen der Lösung in der PDMS-Fenster. Fügen Sie einen Tropfen auf den Gold Probe, die Nano-Lochmuster befinden. </li><li> Ort gold Probe auf der Oberseite des Deckgläser, dass die Nano-Lochmuster im Inneren des PDMS-Fenster sind. Stellen Sie sicher, Blasen sind nicht vorhanden in der Kammer. Drücken gold Probe gegen Deckglas und tupfen Sie überschüssige Lösung. </li><li> Bei Verwendung eines Ölimmersionsobjektiv (wie es hier der Fall, aber nicht notwendig), einen Tropfen Immersionsöl auf der gegenüberliegenden Seite des Deckglases, unterhalb der PDMS-Fenster. Beachten Sie die Lage der Nano-Lochmuster. </li><li> Legen Sie Objektträger in Diahalter, Öl nach unten, und senken Sie dann Diahalter bis Immersionsöl Kontakt mit dem Mikroskop-Objektiv. </li><li> Grob ausrichten Dia Bühne, so dass Anzeige Marken unter dem objektiv sind. </li><li> Folgen Indikator führenden Leitungen bis zu den Nano-Lochmuster. Schiebeschalter, dass Indikator Marken und andere offene Flächen von der Mitte des Bildschirms werden gelöscht. Übermäßige Lichtdurchlässigkeit kann zur Beschädigung der APD. </li><li> Schalten Sie Laser. Wie der dichroitische Spiegel nicht perfekt ist, sollte ein Fleck in der Nähe der Mitte des Bildschirms aus dem Laserstrahl erscheint. </li><li> Mit der Piezo-Bühne Steuerungs-Software, weiter zu verfeinern die Ausrichtung auf alle drei Achsen. </li></ol> 5. Data Acquisition <ol><li> Mit dem help der Indikator Marken, positionieren Sie den Ort in der Nähe eines bekannten nanohole Lage. Die Nano-Lochmuster zu klein sein, um gelöst werden und sollte nur erscheinen als Flecken. </li><li> Die Lichttransmission durch die Probe wird durch den Signalpegel am Oszilloskop dargestellt. Weitere Angleichung der Probe als Lichttransmission zu maximieren. Seien Sie vorsichtig, der Indikator Marken und sichtbaren und nicht sichtbaren Kratzer Lichtdurchlässigkeit hoch sein wird in diesen Bereichen. Nano-Lochmuster zeigen plötzliche Sprünge in der Lichtdurchlässigkeit, während Kratzer mehr allmähliche Veränderungen aufweisen. </li><li> Mit der Wellenplatte, passen Sie die Polarisation für höchste Lichtdurchlässigkeit das Doppel-nanohole Struktur ist polarisiert. </li><li> Um das Rauschen zu minimieren, bauen ein RC-Filter mit dem Steckbrett, 200 kOhm Widerstand und 100 pF Kondensator und verbinden Sie es nach dem APD über ein Koaxialkabel. Diese Werte können für eine optimale Leistung eingestellt werden, in Anbetracht der Bandbreite von Datenerfassungs erforderlich. </li><li> Schließen Sie Oszilloskop und Daten-Besitzstandsition Modul (Omega, USB-4711A) mit dem RC-Filter mit Koaxialkabel und T-Adapter. </li><li> Probe Die APD Spannung mit dem Modul zur Datenerfassung für die gewünschte Zeit. Erwerb Zeiten sind in der Regel in den Hunderten von Sekunden. In diesem Fall wurde eine individuelle Software zur Datenerfassung verwendet. Die Spannung wird bei 2.000 Mal pro Sekunde abgetastet. </li><li> Mit Matlab, filtern die erfassten Daten mit Hilfe eines Savitzky-Golay-Filter und plotten es gegen die Zeit in einem Diagramm. </li></ol>

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Das aktuelle Setup verfügt über wirksame Trapping Fähigkeiten aufgrund der Struktur des nanohole. Dies nanohole Fallen ~ 10 nm-Skala dielektrischen Teilchen bei niedrigen optischen Intensitäten. Andere neuartige optische Fallen umfassen optische Dipolantennen 11, Flüstern-Galerie-mode optischen Resonatoren 12,13 und Wellenleiter 14, aber sie typischerweise im perturbativen Regime betrieben, die von der vierten Ordnung inversen Skalierung der erforderlichen optischen Leistung als Funktion der Partikel begrenzt ist Größe, im Gegensatz zu den SIBA und doppelklicken nanohole Falle. Alternative Öffnungsformen haben auch zum Einfangen, wie etwa eine rechteckige plasmonischen Nanopore 15 vorgelegt. Andere günstige Eigenschaften durch den Doppelpfeil nanohole Trap gezeigt sind Korngröße-selektive Verhalten 7, eine einzelne Trapping Lage (zu Multi-Teilchens Trapping begrenzen) und 16 einfache Herstellung. Als Alternative zur Verwendung eines FIB können doppelsträngige Nano-Lochmuster unter Verwendung einer kolloidalen Lithographie hergestellt werdeny 6. Einfangen von biologischen Materialien von großen Polarisierbarkeit und Größe hat Bakterien 3 enthalten, lebende Zellen 17,2,18, das Tabakmosaikvirus 3 und Manipulation und Streckung der DNA-Stränge an den Enden mit großen dielektrischen Partikel 19 angebunden, jedoch direkten Abfangen der kleineren biologischen Proben ohne Tethering bleibt eine Herausforderung. Dieses Einfangen Konfiguration fähig ist Einfangen kleinen dielektrischen Partikel bei niedrigeren Lichtintensitäten als herkömmliche Licht Pinzette und des kreisförmigen nanohole, es kleinen biologischen Partikel für längere Zeit ohne Beschädigung oder Halteseilelement stattfinden. Auch weisen die Trapping-Ereignissen ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht diese Konfiguration als Sensor arbeiten und erkennen die kleinste biologische Partikel wie Viren und Proteine. In der Tat haben 20 nm Polystyrolkugeln einen Brechungsindex von 1,59, die vergleichbar mit den kleinsten Teilchen biologischewie Viren. Diese Methode könnte eine zuverlässige und ausgereifte Technik zur Immobilisierung und Manipulation von Nanopartikeln, einschließlich der biologischen Partikel zu werden. Anwendungen dieser Technik gehören die Integration in einem mikrofluidischen Umgebung. Anstelle eines einzigen Mikrofluidik-Kammer, würde ein Kanal verwendet, um dynamisch steuern die Umgebung zum Brechungsindex sensing werden. Ein solches Setup würde in einem mikrofluidischen Chip was zu einer stabilen und robusten Aufbau und eine schnellere Analyse von gelösten Stoffen eingestellt werden. Eine weitere Option ist die Entwicklung eines Fluoreszenz-Detektion Schema zur Charakterisierung einzelner fluoreszierender-markierten Viren, Halbleiter-Quantenpunkten und grün fluoreszierende Proteine. Dieser Aufbau hat auch Potential zum Umrüsten auf einen Biosensor für einen einzigen Virus oder Protein, so dass sehr kleine Proben zu analysieren. Drug Discovery 21 und Krankheiten und Infektionen Detektion 22 würde von einem einzigen Protein-Detektor profitieren. Raman spectroscopy können zur Detektion von Raman-Signale von Partikeln und einzigen verbindlichen Veranstaltungen aufgenommen werden. Die Doppel-nanohole Struktur ermöglicht starke lokale Feld Erweiterungen an den Spitzen, geeignet für Tip-enhanced Raman-Spektroskopie 23. Eine hochspezifische label-freie Methode der Materialcharakterisierung wäre es auch möglich mit Hilfe der Raman-Spektroskopie 24.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name </td><td> Hersteller </td><td> Seriennummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Immersionsöl </td><td> Cargille Labs </td><td> 16484 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 Silikon-Elastomer Kit </td><td> Dow Corning Canada </td><td></td><td> Menge: 1 Enthält sowohl PDMS Basis und Härter </td></tr><tr><td> Gold Coated Testdias </td><td> EMF Corp </td><td> Cr / Au </td><td> Menge: 1 Eine Adhäsionsschicht Ti kann ebenso verwendet werden </td></tr><tr><td> Keine 1,5 Deckgläser </td><td> Fisher Scientific </td><td> 12-541-B </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Focused-Ion Beam-System </td><td> Hitachi </td><td> FB-2100 </td><td></td></tr><tr><td> Portable Data Acquisition Module </td><td> Omega Engineering </td><td> USB-4711A </td><td> Quantity: 1 </td></tr><tr><td> Lineartisch </td><td> Parker </td><td> 4034M </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Laser Diode Leiter und Controller </td><td> Sacher Lasertechnik Gruppe </td><td> TEC 120 </td><td> Menge: 1 Manuelle Tunable Littrow Laser System </td></tr><tr><td> Digital-Oszilloskop </td><td> Tektronics </td><td> TDS1012 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> 20 nm Nanosphere Größe Standards </td><td> Thermo Scientific </td><td> 3020A </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> 1 &quot;Lens Mount </td><td> Thorlabs </td><td> LMR1 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> 0,3 &quot;Lens Rohr </td><td> Thorlabs </td><td> <a href="http://www.thorlabs.com/thorProduct.cfm?partNumber=SM1L03" target="_blank">SM1L03</a> </td><td> Menge: 2 </td></tr><tr><td> Absorptive ND 4,0 Filter </td><td> Thorlabs </td><td> NE40A </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Aluminum Breadboard </td><td> Thorlabs </td><td> MB1824 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Lawinenphotodiode </td><td> Thorlabs </td><td> APD110A </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Digital Optical Power Meter </td><td> Thorlabs </td><td> PM100 </td><td> Menge: 1 Veraltet, andere tun </td></tr><tr><td> Force Measurement Module </td><td> Thorlabs </td><td> OTKBFM </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Kinematische Spiegelhalter </td><td> Thorlabs </td><td> KM200-E03 </td><td> Menge: 1 Mit Nahe IR Laser Qualität Spiegel </td></tr><tr><td> Laser Diode Constant Current Driver </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255R </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> LD1255 Optical Tabelle Montageplatte </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255P </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Montiert Achromatic Halbwellenplatte </td><td> Thorlabs </td><td> AHWP05M-980 </td><td> Menge: 1 690 - 1200 nm </td></tr><tr><td> Optical Tweezer Kit </td><td> Thorlabs </td><td> OTKB / M </td><td> Menge: 1 Metrisch oder imperial </td></tr><tr><td> Stelleninhaber Basis </td><td> Thorlabs </td><td> BA2 </td><td> Menge: 2 </td></tr><tr><td> Power Supply </td><td> Thorlabs </td><td> PS-12DC-US </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Stromversorgungskabel </td><td> Thorlabs </td><td> LD1255-CAB </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Platte </td><td> Thorlabs </td><td> AP90 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Right Angle Beitrag Clamp </td><td> Thorlabs </td><td> RA90 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Stainless Steel Optical Beitrag </td><td> Thorlabs </td><td> TR3 </td><td> Menge: 1 </td></tr><tr><td> Tischklemme </td><td> Thorlabs </td><td> CL1 </td><td> Menge: 2 Veraltet, andere tun </td></tr><tr><td> Thermal Sensor </td><td> Thorlabs </td><td> PM210 </td><td> Menge: 1 Für digitale optische Leistungsmesser </td></tr><tr><td> 100 pF Kondensator </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> 200 KOhm Widerstand </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Acrylic Sheet </td><td></td><td></td><td> Menge: 3 &quot;x 1&quot; Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Sortiment von Koaxial-Kabeln, Leitungen und Anschlüsse </td><td></td><td></td><td> Je nach Bedarf </td></tr><tr><td> Brotbrett </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Konkavlinse </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Diamond Cutter </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Doppelseitiges Klebeband </td><td></td><td></td><td> Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Rasierklinge </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, nicht kritisch </td></tr><tr><td> Pinzette </td><td></td><td></td><td> Menge: 1 Jede Marke, kippte feinen </td></tr></tbody></table>

optical trapping of nanoparticles

Optische Fallen ist eine Technik zum Immobilisieren und Manipulieren kleine Objekte auf schonende Weise mit Hilfe von Licht, und es wurde häufig in Einfangen und Manipulieren kleinen biologischen Partikel aufgebracht. Ashkin und Mitarbeiter erste optische Pinzette mit einem einzigen fokussierten Strahl 1 gezeigt. Das Einstrahl-Falle kann genau beschrieben unter Verwendung des perturbativen Gradientenkraft Formulierung im Falle von kleinen Teilchen ein Rayleigh-Regime. Im perturbativen Regime, die optische Leistung zum Einfangen eines Partikels Skalen als inverse vierten Potenz der Partikelgröße erforderlich. Hohe optische Kräfte beschädigen können dielektrische Teilchen und verursachen Heizung. So wurden gefangen Latexkugeln von 109 nm im Durchmesser von einem 15 mW Strahl in 25 sec 1, die schwerwiegende Folgen für die biologische Materie 2,3 zerstört hat. Ein selbst-induzierter Back-Aktion (SIBA) optische Fallen wurde vorgeschlagen, 50 nm Polystyrol-Kügelchen in der Fallenichtperturbative Regimes 4. In einem nicht-perturbativen Regime kann selbst eine kleine Teilchen mit wenig Permittivität Kontrast zum Hintergrund signifikant beeinflussen die Umgebungstemperatur elektromagnetischen Feldes und induzieren eine große optische Kraft. Wie ein Teilchen tritt eine beleuchtete Blende, erhöht Lichtdurchlässigkeit dramatisch, weil der dielektrischen loading. Wenn das Teilchen versucht, die Öffnung zu verlassen, bewirkt verringerte Getriebe eine Veränderung des Impulses nach außen aus der Bohrung und durch Dritte Newton&#39;sche, ergibt sich eine Kraft auf die Teilchen nach innen in das Loch, das Teilchen einzufangen. Die Lichtdurchlässigkeit kann überwacht werden, daher die Falle kann ein Sensor sein. Die SIBA Trapping Technik kann ferner durch die Verwendung eines Doppel-nanohole Struktur verbessert werden. Die Doppel-nanohole Struktur hat sich gezeigt, um eine starke lokale Feldverstärkung 5,6. Zwischen den beiden scharfen Spitzen des doppelt nanohole kann eine kleine Teilchen zu einer großen Änderung der optischen transmission, wodurch Induktion einer großen optischen Kraft. Als Ergebnis können kleinere Nanopartikel eingeschlossen, wie zum Beispiel 12 nm Silikatkugeln 7 und 3,4 nm hydrodynamischen Radius Rinderserumalbumin Proteine ​​8 werden. In dieser Arbeit wird die experimentelle Konfiguration für Nanopartikel Trapping verwendet skizziert. Erstens haben wir Detail die Anordnung der Trapping-Setup, die auf einer Optische-Pinzette Thorlabs Kit basiert. Weiter erläutern wir die Nanofabrikation Verfahren des doppelseitigen nanohole in einem Metallfilm, der Herstellung der mikrofluidischen Kammer und der Probenvorbereitung. Schließlich bieten wir ausführlich den Einlesevorgang und typische Ergebnisse zum Einfangen 20 nm Polystyrol Nanokügelchen.

<html> Ein typisches Übernahme Spur in Abbildung 5a dargestellt. Ein Fangpro ist charakteristischerweise plötzliche, mit einer scharfen Kante, die einen Löschschalter zwischen zwei Sendeleistungspegeln. Als Partikel können sich Brownsche Bewegung, werden die Ereignisse einzufangen zufällig auftreten. Für 20 nm Partikel waren Getriebe wechselt vom Trapping typischerweise etwa 5-10% und Trapping Zeiten, rund 10-300 sec. Die typische Zeit, um ein Ereignis für das Einfangen und Konzentration skizzierten erreichen ist in der Größenordnung von einer Minute. Aufgrund der sterischen Hinderung ist es unüblich, Mehrfachpartikelstrahl Trapping gleichzeitig zu sehen, obwohl einmal ein Teilchen freigesetzt wird, wird typischerweise durch ein anschließendes Abfangen Ereignis. Abhängig von der Qualität der Ergebnisse kann es eine gewisse Erhöhung des Signalrauschens in dem eingeschlossenen Zustand befinden. Dieses Rauschen Anstieg stammt aus der Brownschen Bewegung der eingefangenen Teilchen. Ohne die gefangenen Partikels, das ist Lärmquelle nicht vorhanden. <html> _CONTENT &quot;&gt; Einige Artefakte können zeigen sich in den Ergebnissen, die keine Bedeutung für Trapping Ereignisse. Ergebnisse zeigt Driften, langsame Veränderungen in der Übertragung über einen Zeitraum von Minuten, wie in 5b gezeigt, sollte verworfen werden. Andere Artefakte können auch vorhanden sein wie als inkonsistent Getriebe wechselt, übermäßigen Lärm oder kein Trapping überhaupt. Zum Beispiel, Blasen diskontinuierlichen Intensität Sprünge verursachen kann, wenn mangelnde Sorgfalt, um sicherzustellen, dass die Kammer blasenfrei ist. Diese Blasen reagieren unterschiedlich auf die Trapping-Ereignisse im Sinne der dynamischen Verhalten und Intensität ändern, und so sind sie leicht zu identifizieren. Solche Symptome durch eine schlechte Doppel-nanohole Struktur, Verunreinigungen oder mechanische Schwingungen verursacht werden könnten. Eine ruhige, geringer Aktivität Einstellung wird dringend empfohlen, diese Einstellung zu platzieren. Auch, was Laser-und Bühne, um ein paar Minuten nach dem Ausrichten absetzen können auch helfen. s/ftp_upload/4424/4424fig1.jpg &quot;/&gt; Abbildung 1 Subwavelength Öffnung optisches Übertragungssystem: a) Ohne Teilchen, b) Erhöhung der Übertragung durch dielektrische Teilchen, c) Wenn Teilchen Versuche lassen, wird die Abnahme der Licht Momentum (AT) eine Kraft (F) auf der Partikeloberfläche zu bewirken. hinten ziehen in das Loch, d) Rot-Verschiebung der Transmissionskurve des Teilchen verursacht, was zur Änderung der Transmission AT. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig2.jpg" /> . Abbildung 2 a) Insgesamt schematische einzufangen Setup wird die Erweiterung der rote Kreis in b dargestellt), b) Erweiterung, die die Doppel-nanohole und die Nanokügelchen im Inneren des PDMS Kammer; c) REM-Aufnahme der Doppel-nanohole Struktur. Akronyme verwendet: LD = Laserdiode; ODF = optische Dichte Filter; HWP = Halbwellenplatte; BE = Strahlaufweiter; MR = Spiegel; MO = Mikroskopobjektivs; OI MO = Öl Immersion Mikroskopobjektivs; DH = Doppel-nanohole; APD = Avalanche-Photodetektor. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig3.jpg" /> Abbildung 3 a) Beispiel Bitmap-Figur in der FIB Herstellung verwendet;. B) Eine REM-Aufnahme eines Doppel-nanohole. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig4.jpg" /> Abbildung 4. Prozessdiagramm zur Herstellung der mikrofluidischen Kammer. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/4424/4424fig5.jpg" /> Abbildung 5. (A) Typische Erwerb von Trapping Ereignisse sind mit 20 nm Polystyrol-Kügelchen. (B) Eine schlechte Akquisition zeigt akuten drifting.

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Optical Trapping of Nanoparticles

Die folgenden Setup-Ansatzes Details Low-Power-optische Fallen von dielektrischen Nanopartikel mit einem Doppel-nanohole in Metallfolie.

Optical Trapping von Nanopartikeln

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Research

JoVE Journal

Engineering

22.3K Aufrufe.  University of Victoria. Die folgenden Setup-Ansatzes Details Low-Power-optische Fallen von dielektrischen Nanopartikel mit einem Doppel-nanohole in Metallfolie.

Serie: Optical Trapping of Nanoparticles

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Forschung

Ingenieurwesen

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

Bau und Erprobung von Knopfzellen von Lithium Ionen Batterien

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe their electromagnetic properties to the structure of their constituents, instead of the atoms that compose them. For example, sub-wavelength metal wires can be arranged to possess an effective electric permittivity that is either positive or negative at a given frequency, in contrast to the metals themselves 2. This unprecedented control over the behaviour of light can potentially lead to a number of novel devices, such as invisibility cloaks 3, negative refractive index materials 4, and lenses that resolve objects below the diffraction limit 5. However, metamaterials operating at optical, mid-infrared and terahertz frequencies are conventionally made using nano- and micro-fabrication techniques that are expensive and produce samples that are at most a few centimetres in size 6-7. Here we present a fabrication method to produce hundreds of meters of metal wire metamaterials in fiber form, which exhibit a terahertz plasmonic response 8. We combine the stack-and-draw technique used to produce microstructured polymer optical fiber 9 with the Taylor-wire process 10, using indium wires inside polymethylmethacrylate (PMMA) tubes. PMMA is chosen because it is an easy to handle, drawable dielectric with suitable optical properties in the terahertz region; indium because it has a melting temperature of 156.6 &deg;C which is appropriate for codrawing with PMMA. We include an indium wire of 1 mm diameter and 99.99% purity in a PMMA tube with 1 mm inner diameter (ID) and 12 mm outside diameter (OD) which is sealed at one end. The tube is evacuated and drawn down to an outer diameter of 1.2 mm. The resulting fiber is then cut into smaller pieces, and stacked into a larger PMMA tube. This stack is sealed at one end and fed into a furnace while being rapidly drawn, reducing the diameter of the structure by a factor of 10, and increasing the length by a factor of 100. Such fibers possess features on the micro- and nano- scale, are inherently flexible, mass-producible, and can be woven to exhibit electromagnetic properties that are not found in nature. They represent a promising platform for a number of novel devices from terahertz to optical frequencies, such as invisible fibers, woven negative refractive index cloths, and super-resolving lenses.

Metamaterials at terahertz frequencies offer unique opportunities, but are challenging to fabricate in bulk. We adapt the fabrication procedure for microstructured polymer optical fibers to inexpensively fabricate metamaterials potentially on an industrial scale. We produce polymethylmethacrylate fibers containing ~10 &mu;m diameter indium wires separated by ~100 &mu;m, which exhibit a terahertz plasmonic response.

Herstellung Metamaterialien Mit dem Fiber Drawing Methode

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

Bau einer Hohe Auflösung Mikroskop mit Konventionelle und Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

Die Analyse der Bewegung des Nauplios &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Von Optical-Tracking von Plasmonische Nanopartikel

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Herstellung und Betrieb eines Nano-Optical Fließband

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

Schreiben-Bragg-Gitter in Multicore- Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

Compact-Objektiv lose digitale holografische Mikroskop für MEMS-Inspektion und Charakterisierung

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

Elektroaktiven Polymer-Nanopartikel Teilnahmephotothermische Eigenschaften

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...