Bu araştırma, Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı (için Bakanlığı, enerji (DOE) Sözleşme No altında Battelle Memorial Enstitüsü tarafından işletilen PNNL), gerçekleştirildi DE-AC05-76RL01830. Yazarlar ABD Dışişleri Bakanlığı kurumlararası anlaşma SIAA15AVCVPO10 altında anahtarı doğrulama kıymetler Fonu (V Fonu) aracılığıyla destek minnetle kabul etmiş oluyorsunuz.

1. malzeme hazırlık <ol><li>temizlik için birkaç 2 inç silikon gofret bir kuvars taşıyıcı yerleştirin ve silikon gofret sistem aşındırma plazma yük. En az 75 mTorr ulaşıncaya kadar aşağı vakum odası pompa. Bu birkaç dakika sürebilir.</li>
	<li>O 2 (30 sccm) gaz akışını başlamak ve basınç stabilize etmek için izin verir. Etch saat 15dk için ayarlayın. Odası basınç stabilize bir kez Radyofrekans (RF) 13.56 MHz 250 W plazma başlatmak. 
	Not: Bu adım herhangi bir organik silikon gofret temizler kirlenmektedir ve yüzey functionalizes ile hydroxylated (-OH) böylece hidrofilik bir yüzey sağlanması moieties.</li>
	Bitirmek için plazma Temizleme için bekleyen adım iken <li>buzdolabı (4 ° C) ticari olarak satın alınan polistren nanospheres (170 nm çapı, % 10 katı, % 0.5 Sodyum Lauryl Sülfat) kaldırın. Oda sıcaklığına kadar ısıtmak kapsayıcı izin.</li>
	<li>Kısaca girdap (1 dk) ve (35 kHz, 1dk) nanosphere Aglomerasyon en aza indirmek için polistren nanospheres solüsyon içeren temizleyicide.</li>
	<li>Temiz cam şişe içine 170 nm polistren nanospheres 1.0 mL ölçmek ve 1.0 mL % 5 katı kolloidal süspansiyon elde etmek için H 2 O ekleyin.</li>
	<li>15 dk sonra O 2 akışını durdurmak, vakum odası delik ve taze temizlenmiş gofret kaldırmak.</li>
</ol> 2. Spin-kaplama polistiren Nanospheres şablonunun <ol><li>Unload temizlenmiş silikon gofret plazma yakıcısı. O zaman bir 2 inç gofret spin coater üzerine monte. Düzgün merkezli ve O-ring herhangi bir enkaz açık olduğundan emin olun. Vakum başlatmak ve gofret Sahne Alanı'na güvenli bir şekilde takıldığından emin olun.</li>
	<li>Spin coater spin parametrelerini ayarlamak. Bu parametreler nanosphere boyutuna göre değişir. %5 170 nm nanospheres çözümü için 1 adım süreci bir spin saat 1 dk, 3000 rpm hızında ve 2000 d/d ivme ile spin coater ayarlamak/s.</li>
	<li>Tek kullanımlık şırınga kullanarak, çekilme ~ 1 mL flakon üzerinden kolloidal süspansiyon. Şişeyi bir kenara. 5 µm şırınga filtre alıp şırınga sonuna yerleştirin. Bir damlacık süspansiyon, ucu temizlenene kadar şırınga düşürmek. Filtre istenmeyen toplamları kaldırır ve partikül bu önemli ölçüde film kalitesini düşürebilir.</li>
	Öyle ki yaklaşık 2/3 yüzeyi kaplı <li>doğrudan gofret merkezi üzerinde yeterli süspansiyon Kasası. Bu film kalite etkileyebilir çünkü baloncuklar en aza indirmek deneyin. Spin-coater kapağını kapatın ve Start tuşuna basın. Bu işlem sırasında nanospheres kendi kendine bir araya gofret yüzey üzerinde ince film girişim etkileri görmek mümkün olabilir. Bu nanosphere çapı göre değişir.</li>
	<li>Vakum devre dışı bırakma sonra spin kaplı gofret kaldırın. Kase ve aşırı nanospheres kaldırmak için spin coater kapağını silin.</li>
</ol> 3. Kalite değerlendirme ve gravür için hazırlık film <ol><li>görsel olarak çizgiler veya partikül tarafından spin-kaplama işlemi sırasında neden olabilir delik gibi belirgin kusurları bakarak kendi kendine monte filmin kalitesini değerlendirmek.</li>
	<li>Film kaliteli bir optik mikroskop altında gofret yerleştirerek değerlendirmek. Tane sınırları ve bazı kusurlar normaldir. Gofret geniş kaplamasız alanlar veya açık multilayers varsa, daha düzgün bir film elde etmek için spin parametrelerini ayarlamak gereklidir. Elektron mikroskobu film kalitesini değerlendirmek için de kullanılabilir.</li>
	<li>Mikroskop ve odak bir 20 X amacı istimal silikon gofret yüzeyine ışık kaynağı açın. Kalite bütünlüğü sağlamak için gofret boyunca çeşitli noktalarda değerlendirmek.</li>
	<li>Son filmi kalite nanosphere görselleştirmek için tarama elektron mikroskobu (SEM) kullanmaktır Nano kendinden montajlı denetleyin. Multilayers, delik ve tahıl sınırları/kusurları derecesini nispeten hızlı bir şekilde bu tekniği kullanarak gofret küçük porsiyonlar arasında değerlendirmek mümkündür.</li>
	Bir kez yeterli bir film elde etti, <li>kendi kendine monte nanospheres tavlamak 2 dk (107 ° C) bir fırına gofret yerleştirin. Bu yapışma substrat için teşvik yardımcı olur ve daha iyi bir nanopatterned yüzey aşındırma sonra verimleri.</li>
</ol> 4. Gravür, Metal birikimi ve optik karakterizasyonu <ol><li>tavlanmış gofret plazma yakıcısı yük ve pompa aşağı süreci başlatmak.</li>
	En az 75 mTorr, vakum odası ulaştıktan sonra <li>O 2 (20 sccm) gaz akışını başlar ve stabilize etmek için basınç bekleyin. 165 RF plazma (75W) başlatmak s.</li>
	<li>RF plazma döngüsü tamamlandığında, O 2 akışını durdurmak ve odası delik.</li>
	<li>Substrat kazınmış ve hazır için metal birikimi artık. Örnek bir sputter coater için taşıma ve ince bir mevduat (20 nm) altın tabakası. İfade açıları değişen nanocups optik özelliklerini değiştirmek için kullanılabilir. Bu durumda, metal birikimi substrat için normalde olay gerçekleştirildi.</li>
	<li>Sonra metal biriktirme, substrat optik spektroskopisi kullanılarak karakterize. Metalize substrat yüzeyinin microspectrophotometer odaklanmak ve yansıma spectra ölçün. 170 nm kazınmış nanosphere diziler için LSPR 615 yapıldı nm.</li>
	<li>Kullanma basınca duyarlı yapışkan bant, yavaşça filmin substrat temas yerleştirin. Bir cımbız kullanarak arabirim oluşan herhangi bir hava kabarcıkları kaldırmak gerekli olabilir.</li>
	Bant yüzey temas olduğunda <li>, kaseti hemen nanocups substrat yüzeyindeki çıkarmak için soyulmuş. Hafifçe kabuğu kaseti geri ve altın nanocups esnek ve açıkorur filmin sonucudur.</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>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu iletişim kuralı Plazmonik altın nanocups periyodik dizileri imalatı için düşük maliyetli ve verimli bir teknik gösterir. Elektron ışını litografi veya odaklı iyon demeti seri tepeden işlemler önler çünkü bu teknik özellikle avantajlıdır freze. Sunulan teknik ticari olarak mevcut polimer nanospheres için daha fazla alay nano ölçekli şablon olarak hizmet etmek için basit bir şekilde kendi kendine birleştirilebilecek gösterir.
Değişiklikler ve sorun gide...

Plasmonics geliştirilmiş nanofabrication ve sentez teknikleri ile birlikte ortaya çıkması circuity, geliştirilmiş kimyasal tespit ve optik algılama1 alt kırınım sınırlı gibi çeşitli heyecan verici teknolojileri hakkında getirdi ,2,3. Bu protokol için bir ölçeklenebilir ve nispeten düşük maliyetli tekniği nanopatterned Plazmonik yüzeylerde piyasada bulunan polimer nanospheres ve metal ifade tarafından takip bir gravür adım kullanarak imalatı yetenekli göstermek. Elektron ışını litografi4gibi nanopatterned yüzeylerde imalatı için diğer teknikleri aksine bu teknik hızlı ve verimli bir şekilde 300 mm gofret için ölçeklenebilir ve ötesine en az çaba ve kullanımları ile bir transfer adım esnek üretmeye ve açıkorur filmleri5.
Roma Dönemi beri bilmemiz ne zaman onlar ince ayrılır bazı metaller altın ve gümüş gibi parlak optik özelliklerine sahip olabilir. Bugün, biz bu metal parçacıklar "yüzey plasmon rezonans lokalize" adı verilen bir etkisi sergi anlamak (boyutlarıyla Nano yaklaştığında LSPR). LSPR metal parçacıklar belirli frekansları ışık aydınlatır zaman içinde salınım zayıf ilişkili elektronlar metal buldum tutarlı bir duran dalga benzerdir. Yönbağımlı nanoyapıların özel ilgi olduklarından benzersiz optik rezonanslar6,7,8kırma simetri bir sonucu olarak ortaya çıkabilir.
Yarı-kabuk (nanocup) yapıları ile ışık aydınlatma elektrik dipol veya metal yüzey ile ilgili olay ışık yönünü ifade açısı gibi faktörlere bağlı olarak manyetik dipol plasmon modları heyecanlandırmak ve polarizasyon olay ışık9. Nanocups kez bir LC-osilatör10,11yaklaşık olarak rezonans frekansı olabilir üç boyutlu Segman Çınlayıcılar (Rezonatörler), benzer kabul edilmiştir. Burada kullanılan polimer nanospheres boyutunu rezonans frekansı (170 nm), yatırılan altın miktarı (20 nm), ve görünür kapsayan rezonans frekansları ve IR. yakınındaki etch oranları verim
Altın nanocups optik özelliklerini iletim veya yansıma, spin-kaplama için kullanılan yüzey bağlı olarak ölçülebilir. Sunulan protokolünde 2 inç silikon gofret substrat kullanın ve yansıma ölçümleri sonra metal birikimi gerçekleştirmek seçtik. Ölçümler için dağıtıcı bir Spektrometre halojen ışık kaynağı ile birleştiğinde bir mikroskop kullanarak gerçekleştirilen. Biz de başarı ile cam yüzeylerde, istimal hemen ardından metal birikimi iletim ve yansıma ölçümleri için izin oldu. Ayrıca, bu tekniği kolayca ölçeklenebilir ve 2 inç gofret için sınırlı değildir. Yüksek kaliteli monodisperse polimer nanospheres geniş ticari durumu nedeniyle, sadece farklı büyüklükteki nanospheres ile başlatarak bu yapılar optik özelliklerini ayarlamak basittir.
Bu protokol, kolloidal litografi adı verilen bir yöntem kullanarak nanoyapıların gösterdi Anizotropik yarı-kabuk (veya nanocup) altın imal etmek bir teknik. Kolloidal litografi son derece monodisperse polimer nanosphere hızlı bir şekilde daha fazla bir Plazmonik substrat ince bir tabaka halinde altın kaplama sputter sonra işlenebilir bir substrat desen için kendinden montajlı kullanır. Aynı şekilde, substrat anizotropi sırasında metal birikimi örnek substrat eğerek ayarlamak mümkündür. Polarizasyon duyarlı elde edilen yapılardır kurulan nanostructure anizotropi yüzünden. Burada, belirli bir göstermek durumunda ve optik karakterizasyonu ve yapıları şeffaf, esnek sinemaya aktarmak için kalkış gerçekleştirmek.

<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

Araştırmacılar yeni nanofabrication teknikleri ile birlikte kimyasal ve optik algılama için ilgili heyecan verici uygulamalar göstermiştir gibi son yıl içinde plasmonics alan patladı vardır. Bir plasmon Nano metaller altın ve gümüş benzersiz optik özellikleri gibi ödünç ücret yoğunluk salınım kuantum var. Özellikle, altın ve gümüş nano tanecikleri nanopartikül-in yerelleştirilmiş yüzey plasmon rezonanslar-toplu ücret yoğunluk salınımlarını yüzeyinde görünür tayf sergi. Anizotropik Plazmonik nanoyapıların periyodik dizileri fabrikasyon üzerinde odaklanabilir. Bu yarı-kabuk (veya nanocup) yapılar ek benzersiz ışık bükme ve polarizasyon bağımlı sergi optik özellikleri basit bu izotropik nanoyapıların olamaz. Araştırmacılar nanocups gibi düşük maliyetli optik aygıtlar, Raman yüzey gelişmiş uygulamaları, çeşitli için periyodik dizileri imalatı ile ilgilenen saçılma ve gösterge kurcalamak. Biz içinde hangi o kolayca spin-kaplama kullanarak nanocups büyük periyodik dizileri imal etmek mümkündür ve ticari olarak mevcut polimer nanospheres kendi kendine monte kolloidal litografi dayalı ölçeklenebilir bir teknik mevcut. Elektron mikroskobu ve optik yakın kızılötesi (yakın-IR) için görünür gelen spektroskopisi başarılı nanocup imalat onaylamak için gerçekleştirilen. Nanocups transfer esnek, açıkorurdur yapıştırıcı film bir gösteri ile sonuçlandırmak.

Altın nanocups 170 nm çapında polistren nanospheres kullanılarak hazırlanmıştır. 107 ° C'de 2 min için tavlama ve 165 için 75 W, 20 sccm O2 plazma ile aşındırma sonra s, elde edilen filmin karakterize SEM (şekil 1) kullanarak. Spin-döküm filmin kalitesini değerlendirmek için optik mikroskobu ek olarak görsel muayene-Mayıs olması (Şekil 2) kullanılır. Yüksek kaliteli filmler aslında arınmış...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography at JoVE.com

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Biz kolloidal tekniğinde teknikleri kullanarak periyodik altın nanocup dizilerin imalatı göstermek ve nanoplasmonic Filmler önemini tartışıyorlar.

Kolloidal litografi kullanarak periyodik altın Nanocup dizilerin imalatı

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

fabrication-periodic-gold-nanocup-arrays-using-colloidal

Research

JoVE Journal

Engineering

7.1K Görüntüleme.  Energy and Environment Directorate. Biz kolloidal tekniğinde teknikleri kullanarak periyodik altın nanocup dizilerin imalatı göstermek ve nanoplasmonic Filmler önemini tartışıyorlar.

Video: Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

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.

Şablon-ücretsiz Substratlarm üzerine makroskobik Nanoparçacık-ligand tabakalı Filmler işlevselleştirmek ve Öz-montajı A Tekniği

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

Kimya

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.

Plazmonik ve Nanofotonik for Applications Nanopatch Antenlerin Kolloidal Sentezi

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 ...

Mühendislik

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.

Hücre-malzeme Etkileşim Araştırmalar Nanogözenekli Altın Patterns mikroimalat

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

Biyomühendislik

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning of such signaling can lead to many disorders. To understand cell-to-cell signaling, it is essential to study the spatial and temporal nature of the secreted molecules from the cell without disturbing the local environment. Various assays have been developed to study protein secretion, however, these methods are typically based on fluorescent probes which disrupt the relevant signaling pathways. To overcome this limitation, a label-free technique is required.
In this paper, we describe the fabrication and application of a label-free localized surface plasmon resonance imaging (LSPRi) technology capable of detecting protein secretions from a single cell. The plasmonic nanostructures are lithographically patterned onto a standard glass coverslip and can be excited using visible light on commercially available light microscopes. Only a small fraction of the coverslip is covered by the nanostructures and hence this technique is well suited for combining common techniques such as fluorescence and bright-field imaging.
A multidisciplinary approach is used in this protocol which incorporates sensor nanofabrication and subsequent biofunctionalization, binding kinetics characterization of ligand and analyte, the integration of the chip and live cells, and the analysis of the measured signal. As a whole, this technology enables a general label-free approach towards mapping cellular secretions and correlating them with the responses of nearby cells.

Inter-cellular communication is critical for controlling various physiological activities within and outside the cell. This paper describes a protocol for measuring the spatio-temporal nature of single cell secretions. To achieve this, a multidisciplinary approach is used which integrates label-free nanoplasmonic sensing with live cell imaging.

Tek Hücre Salgıları uzay-zamansal Görüntüleme için bir etiket içermeyen Tekniği

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

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.

Geniş bir alan Nanofabrication çok Millî olan Dewetting üzerinden kontrol edilebilir ve özelleştirilebilir altın nano tanecikleri ve substrat tabanlı

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.

Tek DNA Moleküllerinden Kitlesel Paralel Protein Sentezi için Femtolitre Damlacık Dizisi

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.

Altın Nanopartikül Sentezi

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.

Nanogözenekli Altın'da Hiyerarşik Bir Tasarım Üretmek için Çok Yönlü Teknik

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.

Otomatik hizalama ve substrat imalat hücre kültür araştırmaları için uygulama tarafından kolaylaştırdı geniş alan tarama prob Nanolithography

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.

Termal Nanoimprinting teknik ve insan endotel hücreleri koloni oluşturan yanıt testi ile taranması degrade Nanopattern imalatı

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