Name: fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography
Uploaded: 2017-09-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
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この研究を行ったで、太平洋の北西国立研究所 (なり)、ため、エネルギー省 (DOE) 契約番号の下でバテル記念研究所が運営します。デ-AC05-76RL01830。著者は感謝して省庁間の契約 SIAA15AVCVPO10 下キーの検証資産ファンド (V 型) を介して米国国務省からのサポートを認めます。

1。 材料準備 <ol><li>洗浄用石英キャリアにいくつかの 2 インチのシリコンウェハーを配置しシリコン基板をプラズマ エッチング装置に読み込みます。少なくとも 75 mTorr に達するまでダウン真空チャンバーをポンプします。これは数分をかかる場合があります</li>。
	<li>は O 2 (30 sccm) ガスの流れを開始し、安定させるために圧力を許可します。エッチング時間を 15 分に設定します。燃焼室圧力が安定した高周波 (RF) 13.56 MHz 250 W プラズマを開始 。
	注: この手順のクリーンアップの任意の有機シリコン ・ ウェハー汚染し、表面を functionalizes と水酸化 (-オハイオ州) 鎖の親水性表面を確保します</li>。
	<li>プラズマ クリーニングを待って、完了ステップ中は、冷蔵庫 (4 ° C) から購入した市販のポリスチレン ナノスフェア (ドデシル硫酸ナトリウム 0.5%、10% の固形分、170 nm の直径) を削除します。ようにするコンテナーを常温にします</li>。
	<li>簡単に渦 (1 分) 超音波 (35 kHz、1 分) ナノ粒子凝集を最小限に抑えるためポリスチレン ナノスフェアと</li>。
	<li>きれいなガラス瓶に 170 nm ポリスチレン ナノスフェアの 1.0 mL を測定し、H 2 O 5% 固体コロイド懸濁液を取得するの 1.0 mL を追加します</li>。
	<li>15 分後 O 2 の流れを止めて、真空チャンバーをぶちまける、新鮮な洗浄ウェーハを削除します</li>。
</ol> 2。ポリスチレン ナノスフェア テンプレートのスピンコート <ol><li>アンロード洗浄シリコン ウエハー プラズマ エッチング装置から。スピンコーターに 2 インチのウェハをマウントします。それは正しく中央に配置 o リングが任意の残骸のクリアを確認します。真空を開始し、ウェハはステージにしっかりと接続されていることを確認します</li>。
	<li>は、スピン コーターのスピン パラメーターを設定します。これらのパラメーターは、ナノ粒子のサイズによって異なります。5 %170 nm ナノスフェアのソリューション、スピンコーターをスピン時間 1 分、3,000 rpm の速度および 2,000 の rpm の加速を持つ 1 ステップ プロセスに設定/s の</li>
	<li>を撤回する使い捨ての注射器を使用して、~ バイアルからコロイド懸濁液の 1 mL。バイアル置いておきます。5 μ m のシリンジ フィルターを取り出して注射器の終わりにします。懸濁液の液滴は、先端をクリアするまでは、注射器を押します。フィルターは望ましくない集計を削除し、粒子を大幅に削減できます膜質</li>。
	<li>は、表面の約 2/3 をカバーするようにウェハの中心に直接十分なサスペンションを入金します。それらがフィルムの品質に影響を与えるので、気泡を最小限にしようとします。スピンコーターのふたを閉じ、スタートを押します。このプロセス中には、自己組み立てるナノスフェアとしてウェーハの表面の薄膜干渉効果を見ることが可能があります。これはナノ粒子径に応じて異なります</li>。
	<li>は、真空を非アクティブにしたスピン コーティング基板を取り外します。ボウルや過剰なナノスフェアを削除するスピンコーターの蓋を拭く</li>。
</ol> 3。映画の品質評価およびエッチングのための準備 <ol><li>視覚的に出力された縞またはスピン コーティング プロセス中に粒子によって引き起こされている可能性があります穴など顕著な欠陥を探して自己組織化膜の品質を評価します</li>。
	<li>は、光学顕微鏡下でウェハを配置することによってフィルムの品質を評価します。結晶粒界といくつかの欠陥は、正常です。ウェハにコーティングされていない大部分または明白な多層膜がある場合より均一な膜を取得するスピン パラメーターを調整する必要は。電子顕微鏡を使用してフィルムの品質を評価することも可能性があります</li>。
	<li>は、顕微鏡 20 × 対物 si ウェハの表面上にフォーカスし光源をオンに。ウエハの均一性を確保するため全体のいくつかのスポットでの品質を評価します</li>。
	<li>最終的なフィルムの品質チェック、ナノ粒子を可視化する電子顕微鏡 (SEM) を使用することです自己ナノスケールで。比較的すぐにこのテクニックを使用してウェーハの小さな部分にわたって多層膜、穴、および穀物の境界/欠陥の程度を評価することが可能です</li>。
	十分なフィルムを取得すると、<li>は、自己ナノスフェアをアニール 2 分オーブン (107 ° C) にウェハを配置します。これは基板への密着性を奨励することができます、エッチング後良いナノパターン表面が得られます</li>。
</ol> 4。エッチング、金属蒸着、光学特性 <ol><li>プラズマ エッチング装置に焼なましのウェハをロードし、プロセスをポンプを開始</li>。
	<li>真空チャンバー、少なくとも 75 mTorr に達するとは、O 2 (20 sccm) ガスの流れを開始し、安定させるために圧力を待ちます。165 の RF プラズマ (75 W) を開始 s.</li>
	<li>RF プラズマ サイクルが完了すると、O 2 の流れを止めるし、チャンバーを発散します</li>。
	<li>基板はエッチングとの準備への金属析出されます。スパッタ コーター サンプルを輸送し、薄い沈殿物 (20 nm) 金の層。蒸着角度の変化は、nanocups の光学的性質を変更する使えます。この場合、金属蒸着基板に通常入射を行った</li>。
	<li>金属成膜後基板は光分光法を使用して特徴付けることができます。メタライズ基板の表面に顕に焦点を当てるし、反射スペクトルを測定します。170 nm エッチング微粒子配列、LSPR は昨日 615 nm</li>。
	<li>使用感圧粘着テープは、フィルム基板との接触をそっと置きます。ピンセットを使用して界面に形成される任意の空気の泡を削除する必要があります</li>。
	<li>テープが基板と接触して、テープがすぐに剥離基材の表面から、nanocups を削除します。テープをそっとはがし、結果は金 nanocups の柔軟性と等角映画</li>。
</ol>

<ol>
	<li>Fang, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoplasmonic+waveguides:+towards+applications+in+integrated+nanophotonic+circuits.">Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits.</a> Light Sci Appl. 4, e294 (2015).</li><li>Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+shell+isolated+and+graphene+shell+isolated+nanoparticle+enhanced+Raman+spectroscopies+and+their+applications.">Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).</li><li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+Area+Plasmonic+Color+Palettes+with+Expanded+Gamut+Using+Colloidal+Self-Assembly.">Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly.</a> ACS Photonics. , (2016).</li><li>Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-beam+lithography+of+plasmonic+nanorod+arrays+for+multilayered+optical+storage.">Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage.</a> Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).</li><li>Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Functionalization+of+Periodically+Aligned+Metallic+Nanocup+Arrays+Using+Colloidal+Lithography+with+a+Sinusoidally+Wrinkled+Substrate.">Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate.</a> Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).</li><li>Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Symmetry+breaking+in+individual+plasmonic+nanoparticles.">Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).</li><li>Wollet, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmon+hybridization+in+stacked+metallic+nanocups.">Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups.</a> Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).</li><li>Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Color+Rendering+Plasmonic+Aluminum+Substrates+with+Angular+Symmetry+Breaking.">Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking.</a> ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).</li><li>King, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Angle-+and+Spectral-Dependent+Light+Scattering+from+Plasmonic+Nanocups.">Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups.</a> ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).</li><li>Mirin, N. A., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Bending+Nanoparticles.">Light-Bending Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).</li><li>Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+antenna+enhanced+spontaneous+emission.">Optical antenna enhanced spontaneous emission.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).</li><li>Bora, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+black+metals+in+resonant+nanocavities.">Plasmonic black metals in resonant nanocavities.</a> Applied Physics Letters. 102 (25), 251105 (2013).</li><li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Nanosecond+Photoluminescence+from+Infrared+PbS+Quantum+Dots+Coupled+to+Plasmonic+Nanoantennas.">Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas.</a> ACS Photonics. , (2016).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

このプロトコルは、プラズモニック金 nanocups の周期配列を製造するための低コストで効率的な方法を示します。電子線リソグラフィ、集束イオンビームなどのシリアルのトップダウン プロセスを回避するため、この手法は特に有利なフライス加工します。紹介したテクニックは、さらに処理するナノサイズのテンプレートとして機能する単純な方法で市販高分子ナノスフェアを自己組み立?...

サブ回折限られた回りくどい、強化された化学的検出と光センシング1 など、さまざまな刺激的な技術について改善ナノ加工と合成技術と組み合わせてプラズモニクスの出現を持ってください。 ,2,3。このプロトコルでは市販の高分子ナノスフェア、続いて金属蒸着、エッチング ・ ステップを用いたナノパターン プラズモニック基板の加工が可能な拡張性と比較的低コスト技術を紹介します。ナノパターン基板、電子ビーム露光4などを製造するための他の技術とは異なりこの手法を迅速かつ効率的に拡張する 300 mm ウェーハ、を超えて最小限の労力とを使用して、転送にステップ柔軟な生産と等角フィルム5。
ローマ時代から、我々 は、彼らが細かく分かれてときに金や銀などの特定の金属が華麗な光学特性を持つことが、知られています。今日、我々 はこれらの金属粒子が「局在表面プラズモン共鳴法」と呼ばれる効果を示すことを理解 (LSPR) の寸法ナノスケールに近づく。LSPR は特定の周波数の光が金属粒子を照らすときに弱く束縛電子金属のコヒーレントに振動定在波に似ています。異方性ナノ構造は、ユニークな光学共鳴は、対称性の破れ6,7,8の結果として現れることができる特に興味深いのです。
光と半殻 (nanocup) 構造の照明は電気双極子または入射光に対して基板の向き、金属の蒸着角度などの要因によって、磁気双極子のプラズモン モードを刺激できると、9入射光の分極。Nanocups は、しばしば三次元分割リング共振器、共振周波数ことができる LC 発振器10,11として近似に類似して考慮しています。ここで使用される高分子ナノスフェアのサイズの共振周波数 (170 nm)、寄託金の額 (20 nm)、エッチング レートをもたらす可視にまたがる共鳴周波数と赤外線の近く
伝送または反射基板用スピン コーティングによって、金 nanocups の光学特性を測定できます。提案するプロトコルの基質として 2 インチのシリコンウェハーを使用して金属蒸着後反射率測定を実行するを選びました。ハロゲン光源と分散型分光器と相まって顕微鏡を使用して測定を行った。金属蒸着の直後透過・反射測定を可能にするガラス基板を使用して成功を収めているも。さらに、この技術は簡単に拡大/縮小することができます、2 インチのウェハに限定されていません。質の高い単分散高分子ナノスフェアの広域商圏の状況等により異なるサイズ ナノスフェアを起動することによってこれらの構造の光学特性を調整するは簡単です。
このプロトコルはコロイド リソグラフィーを用いたナノ構造を示す異方性半シェル (または nanocup) 金を形成する技術。コロイド リソグラフィはすぐに金の薄層をコーティング スパッタ後プラズモニック基板にさらに処理できる基板をパターン化する高単分散高分子ナノ粒子の自己集合を使用します。同様に、金属蒸着中にサンプル基板を傾けることによって、基板の異方性を調整することが可能です。結果の構造は偏光感受型に形成されたナノ構造の異方性のため。ここでは、特定の 1 つを示すケースし、光学特性の評価を行い、透明で柔軟なフィルムに構造を転送するリフトオフ。

<table><tbody><tr><td>Polystyrene microspheres</td><td>Bangs Laboratories, Inc.</td><td>PS02N</td><td>170 nm &amp;ndash; 580 nm diameter</td></tr><tr><td>Silicon wafers</td><td>El-CAT, Inc.</td><td>3489</td><td>300 mm thick, one side polished [100]</td></tr><tr><td>Adhesive tape</td><td>3M</td><td>Scotch 600</td><td></td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Laurell</td><td>WS-650-23B</td><td></td></tr><tr><td>Plasma etcher</td><td>Nordson March&amp;nbsp;</td><td>AP-600</td><td></td></tr><tr><td>Microspectrophotometer</td><td>CRAIC</td><td>380-PV</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>VWR</td><td>97043-932</td><td></td></tr><tr><td>Scintillation vials</td><td>Wheaton</td><td>986734</td><td></td></tr><tr><td>5 um syringe filter</td><td>Millex</td><td>SLSV025LS</td><td></td></tr><tr><td>Oxygen gas</td><td>Oxarc</td><td>PO249&amp;nbsp;</td><td>Industrial Grade 99.5% purity</td></tr><tr><td>Vaccum pump</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Edwards 28</td><td></td></tr><tr><td>Disposable syringes</td><td>Air Tite Products Co.</td><td>14-817-25</td><td>1 mL capacity</td></tr><tr><td>Water</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W4502</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithography

近年、内プラズモニクスのフィールドは、研究者が新しいナノ加工技術との組み合わせで化学と光センシングに関わるエキサイティングなアプリケーションのように爆発しています。プラズモンは、金や銀のユニークな光学特性などのナノスケール金属を貸す電荷密度振動の量子です。特に、金と銀のナノ粒子は表面ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴集団電荷密度振動の可視スペクトルを表わします。ここでは、我々 は異方性プラズモニック ナノ構造体の周期的な配列の作製に焦点を当てます。これらの半分のシェル (または nanocup) の構造は、追加ユニークな光-曲げと偏光依存を表わすことができる光学特性が単純な等方性ナノ構造をことはできません。研究者は低コスト光デバイス、表面増強ラマン散乱などのアプリケーションのさまざまな nanocups の周期的な配列の作製に興味が散乱し、徴候を改ざん。簡単にスピン コーティングを使用して nanocups の大規模な周期配列を作製することが可能ですし、自己組織化高分子ナノスフェアの市販のコロイドのリソグラフィに基づくスケーラブルな手法を提案します。成功した nanocup の製作を確認する電子顕微鏡および分光可視から近赤外 (近赤外線) から行った最後に、nanocups の柔軟な等角の粘着フィルムへの転送のデモンストレーション。

170 nm 直径ポリスチレン ナノスフェアを用いた金 nanocups を調製しました。107 ° C で 2 分間アニールと 165 の 75 W、20 sccm O2プラズマ エッチング後 SEM (図 1) を使用して得られたフィルム s は特徴付けられました。スピン キャスト膜の品質を評価する光学顕微鏡に加え視覚検査を 5 月である (図 2) を使用します。質の高...

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Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

コロイドのリソグラフィ技術を用いた定期金 nanocup アレイの試作、nanoplasmonic 映画の重要性を議論します。

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K ビュー.  Energy and Environment Directorate. コロイドのリソグラフィ技術を用いた定期金 nanocup アレイの試作、nanoplasmonic 映画の重要性を議論します。

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A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and scalable technique efficiently functionalizes metallic nanoparticles with thiol-ligands in a miscible water/organic solvent mixture allowing for rapid grafting of thiol groups onto the gold nanoparticle surface. The hydrophobic ligands on the nanoparticles then quickly phase separate the nanoparticles from the aqueous based suspension and confine them to the air-fluid interface. This drives the ligand-capped nanoparticles to form monolayer domains at the air-fluid interface.&#160; The use of water-miscible organic solvents is important as it enables the transport of the nanoparticles from the interface onto template-free substrates.&#160; The flow is mediated by a surface tension gradient3,4 and creates macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle-ligand films.&#160; This self-assembly technique may be generalized to include the use of particles of different compositions, size, and shape and may lead to an efficient assembly method to produce low-cost, macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle films for wide-spread applications.

A simple, robust and scalable technique to functionalize and self-assemble macroscopic nanoparticle-ligand monolayer films onto template-free substrates is described in this protocol.

テンプレート·フリー基板上に巨視的粒子 - リガンド単層フィルムを官能して自己組織化するための技術

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

化学

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently incorporated into film assemblies that serve as adsorption platforms for protein monolayer electrochemistry (PME). PME is utilized as the model system for studying electrochemical properties of redox proteins by confining them to an adsorption platform at a modified electrode, which also serves as a redox partner for electron transfer (ET) reactions. Studies have shown that gold nanoparticle film assemblies of this nature provide for a more homogeneous protein adsorption environment and promote ET without distance dependence compared to the more traditional systems modified with alkanethiol self-assembled monolayers (SAM).1-3 In this paper, MPCs functionalized with hexanethiolate ligands are synthesized using a modified Brust reaction4 and characterized with ultraviolet visible (UV-Vis) spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), and proton (1H) nuclear magnetic resonance (NMR). MPC films are assembled on SAM modified gold electrode interfaces by using a "dip cycle" method of alternating MPC layers and dithiol linking molecules. Film growth at gold electrode is tracked electrochemically by measuring changes to the double layer charging current of the system. Analogous films assembled on silane modified glass slides allow for optical monitoring of film growth and cross-sectional TEM analysis provides an estimated film thickness. During film assembly, manipulation of the MPC ligand protection as well as the interparticle linkage mechanism allow for networked films, that are readily adaptable, to interface with redox protein having different adsorption mechanism. For example, Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) can be adsorbed hydrophobically to dithiol-linked films of hexanethiolate MPCs and cytochrome c (cyt c) can be immobilized electrostatically at a carboxylic acid modified MPC interfacial layer. In this report, we focus on the film protocol for the AZ system exclusively. Investigations involving the adsorption of proteins on MPC modified synthetic platforms could further the understanding of interactions between biomolecules and man-made materials, and consequently aid the development of biosensor schemes, ET modeling systems, and synthetic biocompatible materials.5-8

Alkanethiolate stabilized gold colloids known as monolayer protected clusters (MPCs) are synthesized, characterized, and assembled into thin films as an adsorption interface for protein monolayer electrochemistry of simple redox protein like Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) and cytochrome c (cyt c).

合成、組立、および単分子膜のキャラクタリゼーションは、タンパク質単分子層の電気化学のための金ナノ粒子膜を保護

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

生物工学

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

工学

Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, biomedical device coatings, and drug delivery tools. Nanoporous gold (np-Au), produced by a nano-scale self-assembly process, is a relatively new material that exhibits large effective surface area, high electrical conductivity, and catalytic activity. These properties have made np-Au an attractive material to scientific community. Most studies on np-Au employ macro-scale specimens and focus on fundamental science of the material and its catalytic and sensor applications. The macro-scale specimens limit np-Au's potential in miniaturized systems, including biomedical devices. In order to address these issues, we initially describe two different methods to micropattern np-Au thin films on rigid substrates. The first method employs manually-produced stencil masks for creating millimeter-scale np-Au patterns, while the second method uses lift-off photolithography to pattern sub-millimeter-scale patterns. As the np-Au thin films are obtained by sputter-deposition process, they are compatible with conventional microfabrication techniques, thereby amenable to facile integration into microsystems. These systems include electrically-addressable biosensor platforms that benefit from high effective surface area, electrical conductivity, and gold-thiol-based surface bioconjugation. We describe cell culture, immunostaining, and image processing techniques to quantify np-Au's interaction with mammalian cells, which is an important performance parameter for some biosensors. We expect that the techniques illustrated here will assist the integration of np-Au in platforms at various length-scales and in numerous applications, including biosensors, energy storage systems, and catalysts.

We report on techniques to micropattern nanoporous gold thin films via stencil printing and photolithography, as well as methods to culture cells on the microfabricated patterns. In addition, we describe image analysis methods to characterize morphology of the material and the cultured cells using scanning electron and fluorescence microscopy techniques.

物質 - 細胞相互作用研究ナノポーラス金パターンの微細加工

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, ...

Large Area Substrate-Based Nanofabrication of Controllable and Customizable Gold Nanoparticles Via Capped Dewetting

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and high-density data storage have demonstrated the potential benefit of their use in industrial applications. These applications require precise control over nanoparticle size, spacing, and sometimes shape. These requirements have resulted in the use of time and cost intensive processing steps to produce nanoparticles, thus making the transition to industrial application unrealistic. This protocol will resolve this issue by providing a scalable and affordable method for the large-area production of nanoparticle films with improved nanoparticle control compared to the current techniques. In this article, the process will be demonstrated with gold, but other metals can also be used.

This protocol details a novel nano-manufacturing technique that can be used to make controllable and customizable nanoparticle films over large areas based on the self-assembly of dewetting of capped metal films.

頂いたディウェッティング経由で制御可能なカスタマイズ可能な金ナノ粒子の大面積基板を用いたナノ加工

Recent scientific advances in the utilization of metallic nanoparticle for enhanced energy conversion efficiency, improved optical device performance, and ...

A Femtoliter Droplet Array for Massively Parallel Protein Synthesis from Single DNA Molecules

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and chemical research. To meet the demand for high-performance microreactors, we developed a femtoliter droplet array (FemDA) device and exemplified its application in massively parallel cell-free protein synthesis (CFPS) reactions. Over one million uniform droplets were readily generated within a finger-sized area using a two-step oil-sealing protocol. Every droplet was anchored in a femtoliter microchamber composed of a hydrophilic bottom and a hydrophobic sidewall. The hybrid hydrophilic-in-hydrophobic structure and the dedicated sealing oils and surfactants are crucial for stably retaining the femtoliter aqueous solution in the femtoliter space without evaporation loss. The femtoliter configuration and the simple structure of the FemDA device allowed minimal reagent consumption. The uniform dimension of the droplet reactors made large-scale quantitative and time-course measurements convincing and reliable. The FemDA technology correlated the protein yield of the CFPS reaction with the number of DNA molecules in each droplet. We streamlined the procedures about the microfabrication of the device, the formation of the femtoliter droplets, and the acquisition and analysis of the microscopic image data. The detailed protocol with the optimized low running cost makes the FemDA technology accessible to everyone who has standard cleanroom facilities and a conventional fluorescence microscope in their own place.

The overall goal of the protocol is to prepare over one million ordered, uniform, stable, and biocompatible femtoliter droplets on a 1 cm2 planar substrate that can be used for cell-free protein synthesis.

単一DNA分子からの超並列タンパク質合成のためのフェムトリットルドロップレットアレイ

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and ...

Gold Nanoparticle Synthesis

Gold nanoparticles (Au nanoparticles) that are ~12 nm in diameter were synthesized by rapidly injecting a solution of 150 mg (0.15 mmol) of tetrachloroauric acid in 3.0 g (3.7 mmol, 3.6 mL) of oleylamine (technical grade) and 3.0 mL of toluene into a boiling solution of 5.1 g (6.4 mmol, 8.7 mL) of oleylamine in 147 mL of toluene. While boiling and mixing the reaction solution for 2 hours, the color of the reaction mixture changed from clear, to light yellow, to light pink, and then slowly to dark red. The heat was then turned off, and the solution was allowed to gradually cool down to room temperature for 1 hour. The gold nanoparticles were then collected and separated from the solution using a centrifuge and washed three times; by vortexing and dispersing the gold nanoparticles in 10 mL portions of toluene, and then precipitating the gold nanoparticles by adding 40 mL portions of methanol and spinning them in a centrifuge. The solution was then decanted to remove any remaining byproducts and unreacted starting materials. Drying the gold nanoparticles in a vacuum environment produced a solid black pellet; which could be stored for long periods of time (up to one year) for later use, and then redissolved in organic solvents such as toluene.

A protocol for synthesizing ~12 nm diameter gold nanoparticles (Au nanoparticles) in an organic solvent is presented. The gold nanoparticles are capped with oleylamine ligands to prevent agglomeration. The gold nanoparticles are soluble in organic solvents such as toluene.

ゴールドナノ粒子合成

Gold nanoparticles (Au nanoparticles) that are ~12 nm in diameter were synthesized by rapidly injecting a solution of 150 mg (0.15 mmol) of ...

Versatile Technique to Produce a Hierarchical Design in Nanoporous Gold

The potential to generate variable pore sizes, simplistic surface modification, and a breadth of commercial uses in the fields of biosensors, actuators, drug loading and release, and the development of catalysts have unquestionably accelerated the usage of nanoporous gold (NPG)-based nanomaterials in research and development. This article describes the process of the generation of hierarchical bimodal nanoporous gold (hb-NPG) by employing a step-wise procedure involving electrochemical alloying, chemical dealloying techniques, and annealing to create both macro- and mesopores. This is done to improve the utility of NPG by creating a bicontinuous solid/void morphology. The area available for surface modification is enhanced by smaller pores, while molecular transport benefits from the network of larger pores. The bimodal architecture, which is the result of a series of fabrication steps, is visualized using scanning electron microscopy (SEM) as a network of pores that are less than 100 nm in size and connected by ligaments to larger pores that are several hundred nanometers in size. The electrochemically active surface area of the hb-NPG is assessed using cyclic voltammetry (CV), with a focus on the critical roles that both dealloying and annealing play in creating the necessary structure. The adsorption of different proteins is measured by solution depletion technique, revealing the better performance of hb-NPG in terms of protein loading. By changing the surface area to volume ratio, the created hb-NPG electrode offers tremendous potential for biosensor development. The manuscript discusses a scalable method to create hb-NPG surface structures, as they offer a large surface area for the immobilization of small molecules and improved transport pathways for faster reactions.

Nanoporous gold with a hierarchical and bimodal pore size distribution can be produced by combining electrochemical and chemical dealloying. The composition of the alloy can be monitored via EDS-SEM examination as the dealloying process advances. The material's loading capacity can be determined by studying protein adsorption onto the material.

ナノポーラス金の階層的デザインを生成するための汎用性の高い技術

The potential to generate variable pore sizes, simplistic surface modification, and a breadth of commercial uses in the fields of biosensors, actuators, ...

Large-area Scanning Probe Nanolithography Facilitated by Automated Alignment and Its Application to Substrate Fabrication for Cell Culture Studies

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of nanometer-scale features. Historically, a major drawback of scanning probe lithography has been the intrinsically low throughput of single probe systems. This has been tackled by the use of arrays of multiple probes to enable increased nanolithography throughput. In order to implement such parallelized nanolithography, the accurate alignment of probe arrays with the substrate surface is vital, so that all probes make contact with the surface simultaneously when lithographic patterning begins. This protocol describes the utilization of polymer pen lithography to produce nanometer-scale features over centimeter-sized areas, facilitated by the use of an algorithm for the rapid, accurate, and automated alignment of probe arrays. Here, nanolithography of thiols on gold substrates demonstrates the generation of features with high uniformity. These patterns are then functionalized with fibronectin for use in the context of surface-directed cell morphology studies.

Here we present a protocol for wide-area scanning probe nanolithography enabled by the iterative alignment of probe arrays, as well as the utilization of lithographic patterns for cell-surface interaction studies.

広域走査型プローブ ナノリソグラフィ自動配置と細胞培養研究用基板作製への応用

Scanning probe microscopy has enabled the creation of a variety of methods for the constructive (&#39;additive&#39;) top-down fabrication of ...

Fabrication of Gradient Nanopattern by Thermal Nanoimprinting Technique and Screening of the Response of Human Endothelial Colony-forming Cells

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular reactions. However, it is difficult to determine the relation between the size of a nanostructure and the responses of cells owing to the lack of proper screening tools. Here, we show the development of reproducible and cost-effective gradient nanopattern plates for the manipulation of cellular responses. Using anodic aluminum oxide (AAO) as a master mold, gradient nanopattern plates with nanopillars of increasing diameter ranges [120-200&#8239;nm (GP 120/200), 200-280&#8239;nm (GP 200/280), and 280-360&#8239;nm (GP 280/360)] were fabricated by a thermal imprinting technique. These gradient nanopattern plates were designed to mimic the various sizes of nanotopography in the ECM and were used to screen the responses of human endothelial colony-forming cells (hECFCs). In this protocol, we describe the step-by-step procedure of fabricating gradient nanopattern plates for cell engineering, techniques of cultivating hECFCs from human peripheral blood, and culturing hECFCs on nanopattern plates.

Here, we present a protocol for the fabrication of gradient nanopattern plates via thermal nanoimprinting and the method of screening responses of human endothelial progenitor cells to the nanostructures. By using the described technology, it is possible to produce a scaffold that can manipulate cell behavior by physical stimuli.

熱ナノイン プリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular ...

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

要約

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テンプレート·フリー基板上に巨視的粒子 - リガンド単層フィルムを官能して自己組織化するための技術

合成、組立、および単分子膜のキャラクタリゼーションは、タンパク質単分子層の電気化学のための金ナノ粒子膜を保護

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

物質 - 細胞相互作用研究ナノポーラス金パターンの微細加工

頂いたディウェッティング経由で制御可能なカスタマイズ可能な金ナノ粒子の大面積基板を用いたナノ加工

単一DNA分子からの超並列タンパク質合成のためのフェムトリットルドロップレットアレイ

ゴールドナノ粒子合成

ナノポーラス金の階層的デザインを生成するための汎用性の高い技術

広域走査型プローブナノリソグラフィ自動配置と細胞培養研究用基板作製への応用

熱ナノインプリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

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テンプレート·フリー基板上に巨視的粒子 - リガンド単層フィルムを官能して自己組織化するための技術

合成、組立、および単分子膜のキャラクタリゼーションは、タンパク質単分子層の電気化学のための金ナノ粒子膜を保護

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

物質 - 細胞相互作用研究ナノポーラス金パターンの微細加工

頂いたディウェッティング経由で制御可能なカスタマイズ可能な金ナノ粒子の大面積基板を用いたナノ加工

単一DNA分子からの超並列タンパク質合成のためのフェムトリットルドロップレットアレイ

ゴールドナノ粒子合成

ナノポーラス金の階層的デザインを生成するための汎用性の高い技術

広域走査型プローブ ナノリソグラフィ自動配置と細胞培養研究用基板作製への応用

熱ナノイン プリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

広域走査型プローブナノリソグラフィ自動配置と細胞培養研究用基板作製への応用

熱ナノインプリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製