Name: construction and operation of a light-driven gold nanorod rotary motor system
Uploaded: 2018-06-30T14:30:00
Duration: 9 min 48 s
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Diese Arbeit wurde durch die Knut und Alice Wallenberg Foundation, der schwedischen Forschungsrat und Chalmers Bereich Advance Nanowissenschaft und Nanotechnologie unterstützt.

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	<li>Andr&#233;n, D., 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=Probing+photothermal+effects+on+optically+trapped+gold+nanorods+by+simultaneous+plasmon+spectroscopy+and+brownian+dynamics+analysis.">Probing photothermal effects on optically trapped gold nanorods by simultaneous plasmon spectroscopy and brownian dynamics analysis.</a> ACS Nano. 11 (10), 10053-10061 (2017).</li><li>Shao, L., Yang, Z. -. 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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Das optische fallen Setup beschrieben in diesem Protokoll beruht auf einem kommerziellen umgekehrtes Mikroskop und rotes Laserlicht verwendet. Aber die beschriebenen Techniken sind vielseitig und können verwendet werden, um Zirkular polarisierte optische Pinzette um die meisten kommerziellen oder selbstgebauten Mikroskopen, beide aufrecht zu konstruieren und invertiert, mit nur geringfügigen Änderungen. Die Trapping-Laser-Wellenlänge kann in einem weit sichtbaren–-NIR-Spektrum gewählt werden, solange der Rest der optischen Komponenten und Detektoren sind funktionell bei diesem spezifischen Wellenlänge. Dennoch sollte bei der Auswahl einer Laserwellenlänge der Größe und der spektralen Nähe zu Resonanzen der Teilchen manipuliert werden betrachtet werden weil dadurch die optische fallen Kräfte und Drehung Leistung2,5, das Ausmaß der PHOTOTHERMISCHE Effekte1und die Fangmethoden Stabilität26. Wir haben bereits erfolgreich mit Zirkular polarisierten Laser Pinzette mit Laserwellenlängen von 660, 785, 830 und 1064 nm gearbeitet.
Eines der wichtigsten Komponenten des Setups optische fallen ist das Mikroskopobjektiv. Das Ziel dieses Protokolls ist ein trockener Ziel mit NA = 0,95. Die Verwendung eines trockenen Ziel ist experimentell eine einfachere Umsetzung des Setups; jedoch führt es zu optischen Aberrationen durch Brechung in den Sample-Zelle-Schnittstellen. Im vorliegenden Fall ist das Ergebnis einer leicht vergrößerten fokusfleck (~1.2 µm) im Vergleich zu der Beugungsgrenze (~0.4 µm), aber das ändert nicht deutlich die allgemeine oder rotary Performance der Plattform. Im Prinzip kann eine Vielzahl von Mikroskop Ziele verwendet, sofern sie gute Übertragung der Trapping-Wellenlänge, gute Polarisation Wartung und lange genug Arbeitsabstand Überfüllung durch ein Mikroskop-Deckglas und eine Schicht Wasser durchführen. Im Falle 2D Überfüllen kann die NA relativ niedrig, die das gesamte Experiment vereinfacht und bietet saubere zirkulare Polarisation im Fokus. Jedoch möglicherweise höhere Laserleistungen benötigt als bei einem hohen NA-Ziel. Nach unserer Erfahrung die beste Leistung für die Fallenjagd, Rotation und dunkel-Bereich Spektroskopie wird mit Zielen mit NA 0,7-0,95 gewonnen, aber es ist möglich, niedriger sowie höhere NA Ziele zu verwenden.
Um gute Photon Korrelation Messungen der Drehbewegung zu erhalten, braucht man ein schnellen ein-Pixel-Detektor. Wählen Sie einem Detektor mit einer Bandbreite von mindestens zwei, vorzugsweise, zehnmal höher als die erwarteten Drehfrequenz multipliziert mit der Entartung Formfaktor und eine hohe Empfindlichkeit bei der Fallenjagd Wellenlänge verwendet. Verstärkte Si Photodetektoren, single Photon counting APDs und PMTs wurden mit Erfolg in verschiedenen Setups in unseren Laboren verwendet. Weitere Informationen, zum Beispiel im Falle Steifigkeit erhalten Sie durch Messung und Analyse von Teilchen translatorische Verschiebung mit etablierten Techniken wie Kraft-Spektralanalyse-5. Eine Anzahl von vorhergehenden Publikationen beschreiben verschiedene Varianten dieser Technik38,39. DF-Spektroskopie kann durchgeführt werden, mit einer breiten Palette Freiraum- oder Faser gekoppelt, Spektrometer und die Wahl sollte auf die Spektralbereich und die Wellenlänge und die zeitliche Auflösung benötigt für die geplante Studie beruhen.
Wenn Sie eine Überfüllung Experiment durchführen, können zusätzliche Partikel versehentlich die Falle eingeben. Dies kann durch die Überwachung der Drehfrequenz, die stark aufgrund der Störung schwanken wird erkannt werden. Sichtprüfung von DF Mikroskopie kann verwendet werden, um das Vorhandensein eines zusätzlichen Partikels zu überprüfen, in welchem Fall die Bühne kann verschoben werden, um weitere Störungen zu vermeiden oder das Experiment muss neu gestartet werden.
Das oben beschriebene System ist eine einfache und effiziente Möglichkeit, 2D Entbindung und Rotation von metallischen Nanopartikeln zu realisieren. Jedoch für einige Anwendungen der zusätzliche Freiheitsgrad für Manipulation, die im Lieferumfang von 3D Trapping ist wichtig, und die aktuelle Konfiguration ist daher eine Einschränkung. 3D Entbindung und Rotation erreichbare möglicherweise jedoch durch den Einsatz gegen Vermehrung Laser Pinzette oder exotischere Trapping-Konfigurationen.
Obwohl die Teilchen und System-Parameter hier diskutiert optimiert werden können, um PHOTOTHERMISCHE Heizung unter ~ 15 K4zu reduzieren, kann der Temperaturanstieg verbunden mit plasmonische Anregung von Metall-Nanopartikeln in bestimmten problematisch sein Anwendungen. Eine mögliche Route in Richtung weiter Wärmereduktion soll hochbrechenden dielektrische Nanopartikel statt plasmonische Partikel verwenden. Solche Teilchen starke Mie-Typ Streuung Resonanzen zu unterstützen aber gleichzeitig geringe intrinsische Absorption Koeffizienten aufweisen. Wir haben in letzter Zeit kolloidales resonanten Si Nanopartikel herstellen, die in dieser Hinsicht40,41nützlich erweisen können.

Die Methoden in diesem Artikel vorgestellten repliziert in unserer bisherigen Arbeit-1 Studie zu nanoskaligen PHOTOTHERMISCHE Auswirkungen beeinflussen lichtgetriebenen gold Nanorod rotatorischen Motoren verwendet. Varianten der experimentelle Plattform wurde in mehreren Publikationen2,3,4,5,6,7,8, verwendet 9.
Optische Pinzette sind weit verbreitet für die Kontrolle von Position, Kraft und Impulssatz Transfer bei kleinen Längenskalen in Physik, Biologie und Technik10,11,12,13,14 . Angular Momentum von zirkular polarisiertem Licht durchgeführt kann für zusätzliche Motion Control eingesetzt werden, weil es ständig Drehmoment auf Eingeschlossene Objekte15übertragen. Durch die Kombination von optischer linear und Drehimpuls übertragen, ist es dann möglich, nicht-invasive rotary Nanomotors mit Potenzial für verschiedenste Anwendungen, wie z. B. Drug-Delivery in Einzelzellen16,17, nanoskaligen zu konstruieren Operation18und aktive Nanofluidics19, unter anderem.
Mit metallischen Nanopartikeln als das Thema Licht gesteuerte Manipulation, kann eine Nutzung der Vorteile lokalisierte Oberflächen Plasmon Resonanzen (LSPR), die bieten große optische Querschnitte, hohe Empfindlichkeit gegenüber Umweltveränderungen und großes Feld Verbesserungen20,21,22,23. Dies führte zu einer Fülle von Studien an der Grenze zwischen Plasmonik und optische Manipulation8,24,25,26,27. Die starke Licht-Materie-Wechselwirkung von LSPR zur Verfügung gestellt hat uns ermöglicht, eine Plattform zu entwerfen, wo Zirkular polarisierten Laser Pinzette gold Laptops bei Rekord Drehung Frequenzen in Wasser2Spin fahren können. Durch die Verfolgung der Brownschen Bewegung von einem rotierenden Nanorod, erhalten Sie detaillierte Informationen über seine Umgebung und Temperatur3,5. Gleichzeitige spektroskopische Analyse bietet eine zusätzliche unabhängige Quelle für Analyse lokaler Temperatur und die morphologische Stabilität des rotierenden Nanorod1. Eine Reihe von Systemen und Konfigurationen werden für die Untersuchung und Anwendung von Drehbewegung in optischen Pinzette, generieren wichtige Einblicke in das Feld15,28,29,30 , 31 , 32. jedoch die meisten dieser Studien behandelt haben Objekte einige Mikrometer im Durchmesser während eines einzigen Nanorod Zugang zu den Nanometer Größe Regime gibt. Darüber hinaus erfolgt wenn Gold verwendeten Laptops als rotary Nanomotor, Drehmoment effizient hauptsächlich über Streuung2,33. Dies verringert das Risiko der Überhitzung der eingeschlossene Partikel3,34,35.
In der folgenden Methode erläutern wir die erforderlichen Schritte zum Aufbau eines Systems in der Lage, effiziente optische fallen und Rotation von Metall-Nanopartikeln. Die gold Laptops als in diesen Studien haben hohe Streuung Querschnitte und der Strahlungsdruck erweist sich als stärker als die entgegenwirkende Neigungskraft in der Ausbreitungsrichtung. Um die Partikel in 3D noch zu beschränken, nutzen wir den Kräfteausgleich zwischen Coulomb-Abstoßung von einer Glasoberfläche und der Laser Streuung Kraft in der Ausbreitungsrichtung. Diese 2D-Trapping-Konfiguration erheblich erweitert die Palette der auffangbarer Teilchen im Vergleich zu standard 3D optische Pinzette, und es ist leicht kombinierbar mit dunkel-Bereich optische Bildgebung und Spektroskopie.
Ein gefangen und rotierenden Metall-Nanopartikel interagiert mit seiner Umgebung, und detaillierte Informationen zu dieser Interaktion ist in seiner Bewegung und spektralen Eigenschaften enthalten. Nach der Beschreibung wie man die Zirkular polarisierte optische Pinzette zu konstruieren, erläutern wir daher auch wie Instrumentierung für sondieren Rotations Dynamik und zur Messung der Spektren der Rayleigh-Streuung in den Versuchsaufbau zu integrieren. Das Ergebnis ist eine vielseitige Plattform für Studien von nanoskaligen Drehung Phänomene in der Physik, Chemie und Biologie.
Dieses Protokoll wird davon ausgegangen, dass der Forscher Zugang zu geeigneten kolloidales Metall-Nanopartikeln, vorzugsweise einzelne kristalline gold Laptops. Gold Laptops können von spezialisierten Unternehmen gekauft oder im Haus mit nass-Chemie Methoden synthetisiert werden. Die Laptops in unseren Experimenten verwendet wurden von der Saatgut-vermittelten Wachstum in ihr beschriebenen Methode Et Al. 2013-36. Es ist vorteilhaft, wenn die Morphologie und die optischen Eigenschaften der Nanopartikel gut charakterisiert, zum Beispiel mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und optische Aussterben Messungen. Abbildung 1 zeigt die Daten von solchen Messungen für repräsentative Nanorod Typen1aufgenommen.
Eine Gliederung des Protokolls lautet wie folgt: im ersten Abschnitt beschreiben wir die Konstruktion der optischen Pinzette basierend auf zirkulare Polarisation. Im zweiten Abschnitt beschreiben wir Gewusst wie: Extrahieren von Informationen aus dem Nanomotor durch Aufnahme seiner Rotations Dynamik und Streueigenschaften. Die Drehfrequenz wird der Brownschen Drehbewegung der eingeschlossene Partikel gemessen und Photon Korrelation Spektroskopie durch hervorstehende rückgestreute Laserlicht durch einen linearen Polarisator auf einem schnellen ein-Pixel-Detektor3gefiltert. Durch Anpassung der Daten an eine theoretische Autokorrelationsfunktion, kann die Drehfrequenz und die Abklingzeit der rotatorischen Brownschen Diffusion extrahierten2,3. Die optischen Eigenschaften der gefangen und rotierenden Nanopartikel sind mit Dunkelfeld-Spektroskopie, die ergänzende Informationen über das Teilchen und seine Umgebung bietet gemessen. Im dritten Abschnitt beschreiben wir die Versuchsdurchführung für die Fallenjagd und Rotation des gold Laptops.
Bis zu diesem Punkt beschriebene Protokoll ist ein einfach Weg zu einem funktionierenden Zirkular polarisierte optische Pinzetten-System für Nanopartikel Rotation. Allerdings treten manchmal Probleme, dass Nachfrage zusätzliche Aufmerksamkeit. Im vierten Abschnitt erläutern wir, ein paar der häufigsten Probleme, die wir kennen gelernt haben und wie sie zu lösen. Dazu gehören Fragen der Nanopartikel optischen Eigenschaften führt zu schlechten Falle Stabilität (4.1), geringe Drehung Frequenzen durch suboptimale Zirkularpolarisation durch Strahlteiler Doppelbrechung (4.2), verursacht von Nanopartikeln in der Glasoberfläche klebt aufgrund unzureichender Coulomb-Abstoßung (4.3) und Abweichung von den charakteristischen Autokorrelation Signal (4.4).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="935">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Gold nanoparticles</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:373px;">Purchased or home-grown</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Commersial inverted microscope</td>
			<td style="width:167px;">Nikon</td>
			<td style="width:195px;">Eclipse TI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:201px;">Trapping laser</td>
			<td style="width:167px;">Cobolt</td>
			<td style="width:195px;">Flamenco 05-01&#160;</td>
			<td>660 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Objective</td>
			<td style="width:167px;">Nikon</td>
			<td style="width:195px;">CFI Plan Apo Lambda 40X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Laser safety googles</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">LG4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:201px;">Assorted optomechanical components for mounting optics.</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:373px;">A range of mounts, posts and components from any company</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Lens 1 Keplarian telescope</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">AC254-035-A-ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Lens 2 Keplarian telescope</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">LA1725-A-ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Silver coated mirrors</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">PF10-03-P01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Kinematic mirror mounts</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td>KM100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Translation stage</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td>PT1/M</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">50/50 R/T Beamsplitter</td>
			<td style="width:167px;">Chroma</td>
			<td style="width:195px;">21000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">CMOS camera</td>
			<td style="width:167px;">Andor</td>
			<td style="width:195px;">Zyla 5.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Quarter waveplate (QWP, &#955;/4)</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">AQWP05M-600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Power meter</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td>PM100USB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Photodiode Power Sensors</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td>S121C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Linear polarizer</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">LPVIS050</td>
			<td style="width:373px;">For laser polarization measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">360&#176; rotation mount</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">RSP1/M</td>
			<td style="width:373px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:201px;">Half waveplate (HWP, &#955;/2)</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">AHWP05M-600</td>
			<td style="width:373px;">Used if polarization is not sufficient with only QWP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:201px;">Oil DF condenser</td>
			<td style="width:167px;">Nikon</td>
			<td style="width:195px;">C-DO Dark Field Condenser Oil&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">30/70 R/T Beamsplitter</td>
			<td style="width:167px;">Chroma</td>
			<td style="width:195px;">21009</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Fast Si detector</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">PDA36A-EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Data Acquisition Module</td>
			<td style="width:167px;">National Instruments</td>
			<td style="width:195px;">USB-6361</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Fiber 400 &#181;m core size</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td>M74L01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">xy-translation mount</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td>LM1XY/M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Linear polarizer</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">LPVIS050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Spectrometer</td>
			<td style="width:167px;">Princeton Instruments&#160;</td>
			<td style="width:195px;">IsoPlane SCT320&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">CCD camera for spectrometer</td>
			<td style="width:167px;">Princeton Instruments&#160;</td>
			<td style="width:195px;">PyLoN&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Notch filter</td>
			<td style="width:167px;">Semrock</td>
			<td>NF03-658E-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Notch filter</td>
			<td style="width:167px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:195px;">NF658-26</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ultrasonic cleaner bath</td>
			<td style="width:167px;">Branson</td>
			<td style="width:195px;">Branson 3510&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Microscope slide</td>
			<td style="width:167px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:195px;">260202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">No. 1.5 Coverslips</td>
			<td style="width:167px;">VWR</td>
			<td style="width:195px;">630-2873</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Aceton</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Isopropanol</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Basic detergent</td>
			<td style="width:167px;">Hellma</td>
			<td style="width:195px;">Hellmanex III</td>
			<td>Cleaning if particle sticking is an issue</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Secure-Seal Spacer</td>
			<td style="width:167px;">Thermo Fisher</td>
			<td style="width:195px;">S24735</td>
			<td>Spacer tape with hole, for making sample cell</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Immersion Oil</td>
			<td style="width:167px;">Zeiss</td>
			<td style="width:195px;">444960-0000-000&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">PS beads</td>
			<td style="width:167px;">Microparticles GmbH</td>
			<td style="width:195px;">PS-R-5.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Spectrophotometer</td>
			<td style="width:167px;">Agilent</td>
			<td style="width:195px;">Cary 5000 UV-Vis-NIR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">SEM</td>
			<td style="width:167px;">Zeiss</td>
			<td style="width:195px;">Ultra 55 FEG SEM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Tweezers</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td>Any brand</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction and operation of a light-driven gold nanorod rotary motor system

Die Möglichkeit zu generieren und zu messen, Rotation und Drehmoment im Nanobereich ist von fundamentalem Interesse für die Untersuchung und Anwendung von biologischen und künstlichen Nanomotors und kann neue Wege zur einzigen Zellanalyse, Studien von nicht-Gleichgewichts Thermodynamik und mechanische Betätigung von nanoskaligen Systemen. Ein facile lässt sich Laufwerk Drehung fokussierte zirkular polarisiertem Laserlicht in optischen Pinzette verwenden. Mithilfe dieses Ansatzes können metallische Nanopartikel als hocheffiziente Streuung-driven rotatorischen Motoren drehen auf noch nie da gewesenen Drehung Frequenzen in Wasser betrieben werden.
In diesem Protokoll wir skizzieren, den Bau und Betrieb von Zirkular polarisierte optische Pinzette für Nanopartikel Rotation und die Instrumentierung benötigt für die Aufnahme der Brownschen Dynamik und Rayleigh-Streuung des eingeschlossenen Partikels zu beschreiben. Die Drehbewegung und die Streuung Spektren bietet unabhängige Informationen über die Eigenschaften der Nanopartikel und seiner unmittelbaren Umwelt. Die experimentelle Plattform hat als nanoskopische Gradmesser für Viskosität und Temperatur, für die Verfolgung von morphologischer Veränderungen von Laptops und molekulare Beschichtungen sowie als Wandler und Sonde PHOTOTHERMISCHE und thermodynamische Prozesse bewährt.

Die Rotation und rotatorischen Brownsche Bewegung von einer goldenen Nanorod, die ordnungsgemäß in die Zirkular polarisierte Laser-Pinzette gefangen ist kann durch die Aufnahme der Lichtstreuung intensitätsschwankungen (Abbildung 3a) mit einem ein-Pixel-Detektor sondiert werden. Eine Autokorrelation Spektrum dieses Signal enthält eine oszillierende Komponente, ähnlich dem in Abbildung 3 bgezeigt. Das kann zu einer theoretischen Autokorrelationsfunktion passen. Das Fitting ermöglicht Extraktion von der Drehfrequenz und die Autokorrelation Decay-Zeit, bezogen auf den Rotations Brownschen Schwankungen, von der Nanorod.
Wie im Protokoll (Unterweisung 4.4.2) erwähnt, ist es unerlässlich, eine ausreichend Dicke Faserkern zu verwenden, um das rückgestreute Laserlicht Photon Korrelation Spektroskopie zu sammeln. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein zusätzliche Zerfall Begriff im Zusammenhang mit Partikel-Übersetzung in und aus der Sonde Volumen in die Korrelationsfunktion vorhanden sein, siehe Abbildung 4. Durch sorgfältige Analyse könnte dies mehr Informationen über das System zur Verfügung stellen; Allerdings erschwert es die Analyse der rotatorischen Brownschen Dynamik in den Daten enthaltenen.
Um korrekte DF Streuung Spektren von eingeschlossenen Nanopartikel zu erhalten, wie in Abschnitt 3.5 beschrieben, die spektrale Rohdaten kalibriert werden müssen. Dies geschieht durch Aufnahme der Beleuchtung Lampe Spektrum sowie ein Hintergrund-Spektrum (Abb. 5a). Beim intensivem Laserlicht an einer Glasoberfläche, wie das Substrat fokussieren, wogegen die Laptops gefangen sind, könnten einige Fluoreszenz erzeugt werden (siehe die rote spektrale Beitrag im Hintergrund Spektrum der Abb. 5a). Diese Fluoreszenz-Kontamination kann reduziert werden, mithilfe von Fused-Silica-Substrate. Aber auf jeden Fall empfiehlt es ein Hintergrund-Spektrum mit leeren optischen Pinzette in die richtige Laserleistung aufzunehmen. Wenn eine Streuung-Spektrum aufgenommen und haben alle spektralen Anteile, die nicht im Zusammenhang mit der tatsächlichen Nanopartikel Streuung ausgeglichen worden, denn das Spektrum in Energie Skala mit einer Bi-Lorentzian passende Funktion eingebaut werden kann, um Informationen zu extrahieren in Bezug auf die LSPR Peak Positionen (Abb. 5 b).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig1.jpg"> Abbildung 1: REM-Bilder und Ensemble Aussterben Spektren für zwei repräsentative Nanopartikel Chargen. ein) Maßstabsleiste beträgt 200 nm. b) blau/rot umrandet SEM Bilder in einem) entsprechen bzw. das rot/blau-Spektrum. Die spektrale Gipfel im Zusammenhang mit den quer und längs LSPRs sind deutlich zu unterscheiden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig2.jpg"> Abbildung 2: Schematische Darstellung der optischen Pinzette Setup für Nanopartikel Drehung Messungen. Laserlicht ist kollimiert und erweitert durch ein Keplerschen Fernrohr und anschließend zu welchem Zweck durch den Einsatz von zwei beweglichen spiegeln (M1, M2) und einem Strahlteiler (BS) geführt. Zwei wellenplatten im Laser Pfad optimieren die zirkulare Polarisation der optischen Pinzette (λ/2, λ/4). Rückgestreute Laserlicht kann nach einer linearen Polarisator für Photon Korrelation Spektroskopie und rotatorischen Dynamik Messungen erfasst werden. Nach dem Entfernen des Laser-Lichts, wird weißer Streulicht zu einem Spektrometer oder einer Kamera geführt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig3.jpg"> Abbildung 3: Repräsentative Intensität und Autokorrelation Daten mit Kurve fit für einen gefangen und rotierende Nanorod. eine) Intensitätsschwankungen nach einen linearen Polarisator für 1 s und einem vergrößerten Grundstück von den Schwankungen der einzelnen Pixel Detektor aufgezeichnet. b) autokorreliert Intensität Schwankungsbreite eines rotierenden gold Nanorod (blaue Punkte), rückgestreute Laserlicht gesammelten Daten. Die Daten zeigen eine Schwingung, die nach einigen Perioden zerfällt. Die Schwingung bezieht sich auf die Drehfrequenz des Nanorod, während der Zerfall durch Brownsche Drehbewegung ist. Eine Passform, die theoretische Autokorrelationsfunktion erfolgt (rote Linie) eine Drehfrequenz f extrahieren = 24285 ± 45 Hz und eine Korrelation zerfallen Zeit τ0 = 40,9 ± 1,06 µs. Die f und τ0 Unsicherheiten stellen 95 %-Konfidenzintervall des Fit, hat ein Bestimmungskoeffizient (R2) des 0.9877. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig4.jpg"> Abbildung 4: Problem mit einem zu kleinen Sonde Volumen in Photon Korrelation Spektroskopie Messungen. ein) Autokorrelation Datenerhebung für eine rotierende gold Nanorod mit einem dicken (400 µm, blau Daten) und eine dünne (62,5 µm, rote Daten) Faser. Sammlung mit einer dicken Faser sorgt dafür, dass die Nanorod immer in der Sonde Volumen begrenzt ist und die Autokorrelationsfunktion Rotations Dynamik nur misst. Eine zusätzliche Zerfall Sicht aufgrund der translationalen Brownsche Bewegung liegt vor, wenn die Sonde Volumen nicht ausreicht. In b) und c), schematischen Abbildungen des Effekts und Bilder von der Rückseite beleuchtet Sammlung Region gezeigt. Maßstabsleisten sind 2 µm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig5.jpg"> Abbildung 5: beispielhafte Dunkelfeld Streuung Spektren aufgenommen für ein gold Nanorod optisch von 660 nm Laserlicht gefangen. Im Spektralbereich 630-670 nm (1,85-1,97 eV) aufgrund von Notch-Filter benötigt, um das Überfüllen Laserlicht zu blockieren verzerrt ist. ein) Raw Streuung Spektren (dunkelblau) Merkmale, die sind nicht die Streuung des Teilchens und sollte für kalibriert werden. Dazu gehören das Hintergrund-Spektrum (rot), die Autofluoreszenz aufgeregt durch das stark gebündelte Laserlicht enthält, und die weiße leichte Anregungsspektrums (Orange, ohne Notch-Filter aufgenommen). Nach der Kalibrierung zeigt das korrigierte Streuung Spektrum (hellblau) zwei unterschiedliche LSPR Gipfel, wie erwartet. Die Pfeile zeigen den Maßstab für jedes Spektrum. b) Streuung Spektrum für eine eingeschlossene Nanorod (blaue Punkte) sowie eine Anpassung an die Bi-Lorentzian Modellfunktion (rot) mit seinen Komponenten (hellblau und Orange). Die verzerrte Spektralbereich ist in der Anordnung der Daten nicht berücksichtigt und die Passform hat einen R-2 des 0.9975. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57947/57947fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

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