Name: performing spectroscopy on plasmonic nanoparticles with transmission-based nomarski-type differential interference contrast microscopy
Uploaded: 2019-06-05T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy at JoVE.com

Dr Anthony S. stender wenst te erkennen technische ondersteuning via de Nanoscale en Quantum fenomenen Institute (NQPI) aan de Ohio University. Dit artikel werd mogelijk gemaakt doorstart-up financiering verstrekt aan Dr stender door Ohio University.

1. Monstervoorbereiding met standaard glas microscopie dia's
<ol><li>Bereid glazen Microscoop dia's voor monster depositie. Nota: in sommige omstandigheden, kan het meer aangewezen zijn om het glas in ultrapuur water in plaats van ethylalcohol op te slaan. Echter, het opslaan in water of lucht maakt het glas hydrofobe in de tijd.<ol>
<li>Voor de beste resultaten, de aankoop glas of Quartz Microscoop dia's en cover glas.</li>
		<li>Met behulp van een pen, plaats een ondiep en korte Scratch merk op het centrum van elk...

<ol>
	<li>Pluta, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+7:+Differential+Interference+Contrast+in.">Ch 7: Differential Interference Contrast in.</a> Advanced Light Microscopy. 2, 146-197 (1989).</li><li>Stender, A. S., Wang, G., Sun, W., Fang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Gold+Nanorod+Geometry+on+Optical+Response.">Influence of Gold Nanorod Geometry on Optical Response.</a> ACS Nano. 4 (12), 7667-7675 (2010).</li><li>Stender, A. 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=Single+Cell+Optical+Imaging+and+Spectroscopy.">Single Cell Optical Imaging and Spectroscopy.</a> Chemical Reviews. 113 (4), 2469-2527 (2013).</li><li>Mehta, S. B., Sheppard, C. J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Partially+coherent+image+formation+in+differential+interference+contrast+(DIC)+microscope.">Partially coherent image formation in differential interference contrast (DIC) microscope.</a> Optics Express. 16 (24), 19462-19479 (2008).</li><li>Murphy, D. B., Davidson, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+1:+Fundamentals+of+Light+Microscopy.">Ch 1: Fundamentals of Light Microscopy.</a> Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging, Second edition. , 1-20 (2012).</li><li>Stender, A. S., Augspurger, A. E., Wang, G., Fang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Polarization+Setting+on+Gold+Nanorod+Signal+at+Nonplasmonic+Wavelengths+Under+Differential+Interference+Contrast+Microscopy.">Influence of Polarization Setting on Gold Nanorod Signal at Nonplasmonic Wavelengths Under Differential Interference Contrast Microscopy.</a> Analytical Chemistry. 84 (12), 5210-5215 (2012).</li><li>Wang, G., Sun, W., Luo, Y., Fang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolving+Rotational+Motions+of+Nano-objects+in+Engineered+Environments+and+Live+Cells+with+Gold+Nanorods+and+Differential+Interference+Contrast+Microscopy.">Resolving Rotational Motions of Nano-objects in Engineered Environments and Live Cells with Gold Nanorods and Differential Interference Contrast Microscopy.</a> Journal of the American Chemical Society. 132 (46), 16417-16422 (2010).</li><li>Kelly, K. L., Coronado, E., Zhao, L. L., Schatz, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Optical+Properties+of+Metal+Nanoparticles:+The+Influence+of+Size,+Shape,+and+Dielectric+Environment.">The Optical Properties of Metal Nanoparticles: The Influence of Size, Shape, and Dielectric Environment.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 107 (3), 668-677 (2003).</li><li>Mulvaney, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Not+All+That's+Gold+Does+Glitter.">Not All That's Gold Does Glitter.</a> MRS Bulletin. 26 (12), 1009-1014 (2012).</li><li>Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plasmonics: Fundamentals and Applications. , (2007).</li><li>Sun, W., Wang, G., Fang, N., Yeung, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wavelength-Dependent+Differential+Interference+Contrast+Microscopy:+Selectively+Imaging+Nanoparticle+Probes+in+Live+Cells.">Wavelength-Dependent Differential Interference Contrast Microscopy: Selectively Imaging Nanoparticle Probes in Live Cells.</a> Analytical Chemistry. 81 (22), 9203-9208 (2009).</li><li>Cras, J. J., Rowe-Taitt, C. A., Nivens, D. A., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+chemical+cleaning+methods+of+glass+in+preparation+for+silanization.">Comparison of chemical cleaning methods of glass in preparation for silanization.</a> Biosensors and Bioelectronics. 14 (8), 683-688 (1999).</li><li>Augspurger, A. E., Sun, X., Trewyn, B. G., Fang, N., Stender, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+the+Stimulated+Uncapping+Process+of+Gold-Capped+Mesoporous+Silica+Nanoparticles.">Monitoring the Stimulated Uncapping Process of Gold-Capped Mesoporous Silica Nanoparticles.</a> Analytical Chemistry. 90 (5), 3183-3188 (2018).</li><li>Murphy, D. B., Davidson, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+2:+Light+and+Color.">Ch 2: Light and Color.</a> Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging, Second Edition. , 21-33 (2012).</li><li>Wayne, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+3:+The+Dependence+of+Image+Formation+on+the+Nature+of+Light.">Ch 3: The Dependence of Image Formation on the Nature of Light.</a> Light and Video Microscopy (Second Edition). , 43-78 (2014).</li><li>Stender, A. S., Wei, X., Augspurger, A. E., Fang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+Behavior+of+Single+Gold+Dumbbells+and+Simple+Dumbbell+Geometries.">Plasmonic Behavior of Single Gold Dumbbells and Simple Dumbbell Geometries.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 117 (31), 16195-16202 (2013).</li><li>Hu, 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=Dark-field+microscopy+studies+of+single+metal+nanoparticles:+understanding+the+factors+that+influence+the+linewidth+of+the+localized+surface+plasmon+resonance.">Dark-field microscopy studies of single metal nanoparticles: understanding the factors that influence the linewidth of the localized surface plasmon resonance.</a> Journal of Materials Chemistry. 18 (17), 1949-1960 (2008).</li><li>Choo, P., 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=Wavelength-Dependent+Differential+Interference+Contrast+Inversion+of+Anisotropic+Gold+Nanoparticles.">Wavelength-Dependent Differential Interference Contrast Inversion of Anisotropic Gold Nanoparticles.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 122 (47), 27024-27031 (2018).</li><li>Funston, A. M., Novo, C., Davis, T. J., Mulvaney, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmon+Coupling+of+Gold+Nanorods+at+Short+Distances+and+in+Different+Geometries.">Plasmon Coupling of Gold Nanorods at Short Distances and in Different Geometries.</a> Nano Letters. 9 (4), 1651-1658 (2009).</li></ol>

Wanneer Imaging met DIC microscopie, is het essentieel om de optische componenten te optimaliseren voordat het verzamelen van gegevens. Zelfs kleine aanpassingen aan de polarisator in het midden van een experiment kan leiden tot significante effecten op de definitieve gegevens6. Bovendien, verschillende materialen vereisen verschillende polarisator instellingen. Hoewel grote stap maten werden hier gebruikt om het effect van de polarisatie hoek aan te tonen, in een effectief experiment, is het nood...

Sinds de jaren tachtig is differentiële interferentie contrast (DIC) microscopie grotendeels gezien als een belangrijke imaging methode voor micro Scale objecten binnen de biologische wetenschappen. Nochtans, tijdens zijn ontwikkeling in de jaren ' 50 en de jaren ' 60, was het bedoeld als techniek voor materialen wetenschap1. Met de recente vooruitgang in de materiële wetenschappen met betrekking tot plasmonic nanodeeltjes, heeft een verhoogde rente in de karakterisering van materialen met optische microscopie plaatsgevonden.
Vele optische technieken zijn zeker beschikbaar voor nanomateriaal karakterisering (b.v., donker gebied, helderveld, gepolariseerd licht, fluorescentie, enz.). Dark Field is zeer populair in nanodeeltjes onderzoek, maar het berust uitsluitend op de verzameling van Scatter en biedt beperkte informatie over complexe monsters2. De fluorescentie kan nuttig zijn, maar slechts met steekproeven dat luminescentie of dat kan behoorlijk worden bevlekt. DIC microscopie heeft verschillende eigenschappen die het een waardevol instrument maken voor de analyse van nanodeeltjes. De meest voorkomende voordelen van DIC in vergelijking met andere methoden en met betrekking tot plasmonic nanodeeltjes zijn: geen monster kleuring vereist, geen halo effecten, ondiepe scherptediepte, en hoge zijdelingse resolutie3. DIC heeft extra sterke punten die waardevol zijn voor plasmonic nanodeeltjes onderzoek. Allereerst, twee inherente en orthogonale polarisatie velden aanwezig zijn, en ze kunnen gelijktijdig worden gemeten voor de spectroscopie doeleinden2. Ten tweede wordt het gepolariseerde signaal van nanodeeltjes niet vastgelegd in het uiteindelijke beeld2, wat een oorzaak kan zijn van ernstige bezorgdheid in de donkere veld spectroscopie metingen.
Het doel van dit artikel is het verstrekken van een duidelijke methodologie voor het gebruik van overdraagbare licht Nomarski DIC microscopie uit te voeren spectroscopie op plasmonic nanodeeltjes. Hoewel DIC is een krachtige techniek die kan worden toegepast op zeer diverse materialen, het is ook een techniek die vereist grote vaardigheid en begrip om goed te werken wanneer beeldvorming nanodeeltjes. Transmission-based Nomarski DIC microscopie heeft een complex licht pad1 dat hier slechts kort zal worden herzien. De optische trein van DIC wordt weergegeven in Figuur 1. Het licht wordt overgebracht door de Microscoop door eerst te worden overgegaan door een polarisator en een straal-verdelend Nomarski prisma alvorens wordt geconcentreerd door de condensator op het steekproef vliegtuig. Na het passeren van de doelstelling, het licht ontmoetingen een Beam-combineren Nomarski prisma en een analysator voor het verlaten van de detector. De twee polarisatoren en Nomarski prisma's zijn cruciaal voor de vorming van de DIC beeld en zijn verantwoordelijk voor de productie van DIC de twee orthogonale polarisatie velden1. Voor de lezer geïnteresseerd in meer weten over de werkingsprincipes en optische pad van Nomarski DIC microscopen, of de verschillen tussen Nomarski DIC en andere stijlen van DIC, verwijzen wij u naar andere goed geschreven accounts over deze onderwerpen1, 4 , 5 , 6 , 7.
Het is even belangrijk om de fundamentele aard van plasmonic nanodeeltjes te begrijpen alvorens te proberen de spectroscopie uit te voeren op hen, of het nu met Nomarski DIC, Dark Field, of een andere microscopie techniek. Op het gebied van plasmonics worden nanodeeltjes gedefinieerd als deeltjes met afmetingen op de schaal van 10-100 nm8,9. Nanodeeltjes kunnen nemen op vele vormen (bijvoorbeeld bollen, staven, sterren, halters, enz.), en de meeste van hun belangrijke eigenschappen ontstaan door interacties met licht in de ultraviolet-zichtbare-near Infrarood bereik van het elektromagnetische spectrum. De term "plasmonic" is niet beperkt tot nanodeeltjes10; echter, bij de bespreking van nanodeeltjes, wordt het gebruikt in verwijzing naar gelokaliseerde oppervlakte Plasmon resonantie (LSPR). LSPR is een fenomeen waarbij de geleiding elektronen in een nanodeeltjes schommelen als gevolg van een Coulomb interactie met elektromagnetische straling van een zeer specifieke en relatief smalle frequentieband8. Bij deze zelfde frequenties, plasmonic nanodeeltjes vertonen verhoogde absorptie en verstrooiing van licht, waardoor ze waarneembaar met optische microscopie. In veel gevallen, is het de voorkeur aan de nanodeeltjes observeren tijdens het plaatsen van band filters voor de condensor2, om het beeldcontrast te verbeteren en om het licht te elimineren dat niet aan de LSPR effect te induceren. Het gebruik van filters maakt het ook mogelijk om enkele deeltjes spectroscopie experimenten uit te voeren.
LSPR optische gedrag is sterk afhankelijk van de grootte en de vorm van de nanodeeltjes, en het kan worden onderzocht met veel optische microscopie technieken. Echter, om oriëntatie informatie van plasmonic nanodeeltjes te ontcijferen met een anisotropische (dwz, niet-sferische) vorm, is het noodzakelijk om gebruik te maken van polarisatie van het lichtveld. Door het polarisatie veld of het monster substraat bij kleine stappen zorgvuldig te roteren, is het mogelijk om de oriëntatie afhankelijke spectroscopie eigenschappen van afzonderlijke nanodeeltjes te monitoren. Rotatie en polarisatie kan ook helpen bij het bepalen of een spectrale functie is te wijten aan een dipolaire of hogere orde trilling van het oppervlak van de nanodeeltjes elektronen. Echter, in het geval van isotrope (dat wil zeggen, sferische) nanodeeltjes, het spectrale profiel blijft in wezen ongewijzigd bij het roteren van het monster onder gepolariseerd licht.
Wanneer ze worden bekeken door een DIC Microscoop (Figuur 2), hebben nanodeeltjes een luchtige schijf met een schaduw-gegoten wit-en-zwart uiterlijk tegen een grijze achtergrond. Sferische nanodeeltjes zullen deze verschijning onder rotatie en met het veranderen van band filters behouden; Nochtans, zullen de deeltjes geleidelijk aan van mening langzaam verdwijnen aangezien de centrale golflengte van het filter verder van de enige dipolaire LSPR golflengte11van de bol wordt gescheiden. De verschijning van nanorods kan vrij dramatisch veranderen aangezien zij2worden gedraaid. Nanorods hebben twee LSPR banden met dipolaire gedrag, waarvan de locatie gebaseerd is op de fysieke afmetingen van de nanorods. Wanneer de longitudinale as van een nano staafje is gericht parallel aan een van de DIC polarisatie velden, zal de luchtige schijf verschijnen alle witte of alle zwarte als bekeken met een bandfilter geassocieerd met die LSPR golflengte. Na het roteren van de steekproef 90 °, zal het op de tegenovergestelde kleur. Als alternatief, aangezien de transversale as van een nano staafje loodrecht op de longitudinale as is, zal de staaf de tegenovergestelde kleur nemen wanneer het schakelen tussen filters die de LSPR golflengten voor de twee assen aanpassen. Bij andere oriëntaties en filter montages, zal nanorods meer als bollen verschijnen, die een verscheidenheid van schaduw-gegoten luchtige schijf patronen voorstellen. Voor nanorods met een transversale as < 25 nm, kan het moeilijk zijn om signaal op die LSPR golflengte te detecteren met behulp van DIC microscopie.
Voor het uitvoeren van enkele deeltjes spectroscopie, is het belangrijk om de juiste optische componenten te gebruiken en om ze goed af te stemmen. Er moet een doelstelling voor DIC microscopie worden gebruikt. Voor enkelvoudige deeltjes experimenten, 80x of 100x olie doelstellingen zijn ideaal. Nomarski DIC prisma's komen gewoonlijk in drie variëteiten: standaard, hoog contrast, en hoge resolutie. Het ideale type hangt sterk af van het doel van het experiment en de grootte van de nanodeeltjes. Standaard prisma's zijn prima voor vele experimenten; maar wanneer het werken met kleinere nanodeeltjes (< 50 nm), kunnen de hoog contrast prisma's voordelig zijn, aangezien het deeltjes contrast vermindert aangezien de deeltjes in grootte11verminderen. Het aanpassen van de DIC contrast wordt bereikt, hetzij door het roteren van een polarisator of door het vertalen van een van de DIC prisma's, afhankelijk van de Microscoop merk of model6.
Na het instellen van Kohler verlichting en de polarisator instellingen, is het van cruciaal belang om deze instellingen niet opnieuw aan te passen, terwijl het verzamelen van spectroscopie gegevens. Bovendien moet tijdens het verzamelen van gegevens altijd een constant gemiddeld achtergrond signaal worden bijgehouden, ook bij het schakelen tussen filters en hoek instellingen. De werkelijke ideale achtergrondwaarde is afhankelijk van het dynamisch bereik van de wetenschappelijke camera, maar in het algemeen moet de achtergrond in het bereik van 15%-40% van de maximale detectie niveau van de camera. Dit vermindert de kans op verzadiging van de camera sensor terwijl het optimale particle contrast mogelijk maakt. Voor het verzamelen van de spectroscopie gegevens, is het noodzakelijk om te werken met een wetenschappelijke camera die beelden in zwart-wit, in tegenstelling tot een kleurencamera vangt.
Sample voorbereiding is een ander kritisch aspect van de beeldvorming plasmonic nanodeeltjes. Het is noodzakelijk dat de exploitanten van DIC microscopie inzicht hebben in de optische eigenschappen van het monster en het substraat van het monster. "Pre-gereinigd" Microscoop glas is niet voldoende voorbereid voorbeeld vorming nanodeeltjes, en het moet goed worden opnieuw gereinigd voordat monster depositie om onbelemmerde waarneming van het monster te waarborgen. Veel reinigings protocollen voor Microscoop dia's zijn eerder gedocumenteerd12, maar het is niet een stap die normaalgesproken wordt gerapporteerd in experimentele studies.
Ten slotte, data-analysemethoden zijn de laatste component van enkele deeltjes spectroscopie. De maximum-en minimum intensiteiten voor elke nano partikel moeten worden gemeten, evenals het lokale achtergrond gemiddelde. De deeltjes van belang zouden in gebieden met geen achtergrond puin, substraat tekorten, of ongelijke verlichting moeten worden gevestigd. Een methode voor het bepalen van het spectrale Profiel van een nano partikel is door het berekenen van particle contrast bij elke golflengte, met behulp van de vergelijking onder11,13,14,15:
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/59411/59411eq1.jpg">
Als alternatief kan het spectrum van een enkel deeltje worden gesplitst in zijn individuele maximum-en minimum signaal componenten, die de twee polarisatie velden van DIC vertegenwoordigen, waardoor de twee gelijktijdig verzamelde directioneel afhankelijke spectra worden weergegeven, door de twee vergelijkingen:
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/59411/59411eq2.jpg">
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/59411/59411eq3.jpg">

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1117px;" width="1117">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Contrad 70</td>
			<td style="width:228px;">Decon Labs, Inc.</td>
			<td style="width:157px;">1002</td>
			<td style="width:439px;">For cleaning microscope glass, Available through many chemical suppliers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Ethanol</td>
			<td style="width:228px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:157px;">A962-4</td>
			<td>For cleaning and storing microscope glass</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Glass microscope cover slips</td>
			<td style="width:228px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:157px;">260148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Glass microscope slides</td>
			<td style="width:228px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:157px;">26007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Gold nanorods</td>
			<td style="width:228px;">Nanopartz</td>
			<td style="width:157px;">DIAM-SPR-25-650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Gold nanospheres (80 nm)</td>
			<td style="width:228px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:157px;">742023-25ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">ImageJ</td>
			<td style="width:228px;">NIH</td>
			<td style="width:157px;">N/A</td>
			<td>Free Software availabe for data analysis from NIJ</td>
		</tr>
		<tr height="27">
			<td height="27" style="height:27px;width:293px;">Nail polish</td>
			<td style="width:228px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:157px;">72180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Nikon Ti-E microscope</td>
			<td style="width:228px;">Nikon</td>
			<td style="width:157px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Nitrogen gas</td>
			<td style="width:228px;">Airgas</td>
			<td style="width:157px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">ORCA Flash 4.0 V2+ digital sCMOS camera</td>
			<td style="width:228px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:157px;">77054098</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Scribing pen</td>
			<td style="width:228px;">Amazon</td>
			<td style="width:157px;">N/A</td>
			<td>Many options available online for under $10. Not necessary to buy an expensive version.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Ultrapure water</td>
			<td style="width:228px;"></td>
			<td style="width:157px;"></td>
			<td>18 megaohm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

performing spectroscopy on plasmonic nanoparticles with transmission-based nomarski-type differential interference contrast microscopy

Differentieel interferentie contrast (DIC) microscopie is een krachtige imaging tool die het meest gebruikt wordt voor Imaging micro Scale objecten met behulp van zichtbare-bereik licht. Het doel van dit protocol is om een beproefde methode voor de voorbereiding van plasmonic nanodeeltjes monsters en het uitvoeren van enkele deeltjes spectroscopie op hen met DIC microscopie detail. Een aantal belangrijke stappen moeten zorgvuldig worden gevolgd om herhaalbare spectroscopie experimenten uit te voeren. Ten eerste kunnen oriëntatiepunten worden geëtst in het monster substraat, die helpt bij het lokaliseren van het monster oppervlak en in het bijhouden van de regio van belang tijdens experimenten. Vervolgens moet het substraat goed worden gereinigd van puin en verontreinigingen die anderszins kan belemmeren of obscure onderzoek van het monster. Zodra een monster goed is voorbereid, moet het optische pad van de Microscoop worden uitgelijnd, met behulp van Kohler verlichting. Met een standaard Nomarski stijl DIC Microscoop, rotatie van het monster kan nodig zijn, met name wanneer de plasmonic nanodeeltjes vertonen oriëntatie-afhankelijke optische eigenschappen. Omdat DIC microscopie heeft twee inherente orthogonale polarisatie velden, de golflengte-afhankelijke DIC contrast patroon onthult de oriëntatie van Rod-vormige plasmonic nanodeeltjes. Tot slot moeten de data-acquisitie en gegevensanalyses zorgvuldig worden uitgevoerd. Het is gebruikelijk om op DIC gebaseerde spectroscopie gegevens te vertegenwoordigen als een contrastwaarde, maar het is ook mogelijk om het als intensiteits gegevens te presenteren. In deze demonstratie van DIC voor enkele deeltjes spectroscopie, de focus ligt op sferische en Rod-vormige goud nanodeeltjes.

Bij het werken met monsters die groot genoeg zijn om gezien te worden met het blote oog, het plaatsen van oriëntatiepunten op het glassubstraat is normaalgesproken niet nodig. Echter, bij het werken met nanomaterialen of wanneer rotatie van het monster is vereist, kunnen de oriëntatiepunten een eenvoudige methode voor het lokaliseren, onderscheiden en bijhouden van de oriëntatie van het monster. Hoewel meer verfijnde technieken kunnen worden gebruikt voor het verlaten van oriëntatiepu...

Watch this Scientific Journal Video about Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy at JoVE.com

Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy

Het doel van dit protocol is om een bewezen aanpak voor de bereiding van plasmonic nanodeeltjes monsters en voor het uitvoeren van enkele deeltjes spectroscopie op hen met differentiële interferentie contrast (DIC) microscopie detail.

Het uitvoeren van de spectroscopie op Plasmonic nanodeeltjes met transmissie-gebaseerde Nomarski-type differentiële interferentie contrast microscopie

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using ...

DIC microscopie is superieur aan donker veld bij imaging plasmonische nanodeeltjes in complexe omgevingen. DIC vereist echter ook meer kennis en vaardigheden om reproduceerbare resultaten te verkrijgen. DIC-microscopie biedt zowel een hoge zijdelingse resolutie als een ondiepe scherptediepte.Beide eigenschappen zijn uiterst belangrijk bij het monitoren van nanodeeltjes in cellen of in complexe omgevingen. Gebruik om te beginnen een krabbelsde pen om een ondiepe en korte krasmarkering op het midden van elke glazen coverslip te plaatsen en maak het glas vervolgens schoon zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Gebruik vervolgens een micropipet om 100 microliter van een 05-milligram-per-milliliter goud nanodeeltjesoplossing uit de oorspronkelijke opslagcontainer te verwijderen en de oplossing uit te werpen in een 1,5 milliliter centrifugebuis.Centrifugeren het monster gedurende 10 minuten bij 6.000 keer zwaartekracht. Wanneer u klaar bent, verwijder de supernatant met een micropipet om zich te ontdoen van de overtollige oppervlakteactieve uit de nanodeeltjesoplossing. Voeg vervolgens 100 microliter ultrazuiver water toe aan de centrifugebuis.Kort vortex het monster te breken van de pellet, en vervolgens sonicate het voor 20 minuten onmiddellijk daarna volledig resuspend de nanodeeltjes aggregaten. Met behulp van een micropipet, dropcast zes microliters van nanodeeltjes oplossing op de gereinigde en bekraste glazen coverslip. Draai vervolgens voorzichtig de coverslip en plaats het op de top van een tweede groter stuk microscoopglas.De druppel moet snel gelijkmatig verspreid tussen de twee stukken glas. Zorg ervoor dat u geen luchtbellen krijgt die tussen de twee stukken glas vastzitten. Gebruik een smalle lijn nagellak om de randen van de coverslip af te sluiten om verdamping van de vloeistof te voorkomen.Plaats het monster op het microscoopstadium en lijn de doelstelling en condensor van de microscoop uit. Pas de focus aan om het brandpuntsvlak te vinden met het voorbeeld erop en zoek het eerder gemaakte krasteken. Focus erop en stem de focus af tot de nanodeeltjes in beeld komen.Om de nauwkeurige plaatsing van de condensor te bepalen, gebruikt u de Kohler-verlichtingsmethode door te beginnen met de 20x-doelstelling en vervolgens over te stappen op hoge vergrotingen zoals 80 of 100x. Selecteer vervolgens een interessegebied in het voorbeeld voor beeldvorming. Centreer de regio in het gezichtsveld van de camera en pas de focus zo nodig aan.Als de microscoop het ontwerp van De Senarmont heeft, begin dan met de polarisator die zich in de buurt van maximale achtergronduitsterving afspeelt en draai de polarisator geleidelijk naar afnemende achtergrondex extinctie. De achtergrondintensiteit zal geleidelijk toenemen. De ideale instelling wordt bereikt wanneer de nanodeeltjes hun grootste intensiteitsverschil bereiken in vergelijking met het lokale achtergrondgemiddelde.Voor plasmonische nanodeeltjes wordt het grootste contrast meestal bereikt met een relatief donkere achtergrond op of nabij de maximale achtergronduitsterving. Schakel kamerverlichting uit om te voorkomen dat verdwaalde verlichting in contact komt met het proces. Plaats een 10-nanometer volledige breedte bij half-maximale band-pass filter met zijn centrale golflengte co-gelegen met de belangrijkste gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonantie golflengte om het gebied van belang te bekijken.Pas vervolgens de lampintensiteit of belichtingstijd aan totdat het achtergrondniveau 5% tot 40% van het maximale capaciteitsniveau van de camera bedraagt. Geen objecten binnen het interessegebied mogen signaalintensiteiten vertonen die meer dan 90% van het maximale intensiteitsniveau van de camera bedragen. Beeld het monster met een reeks band-pass filters die elk een volledige breedte heeft op een half-maximum van 10 nanometer, en dat als geheel imaging mogelijk maken over de gehele golflengte bereik van belang.Zorg ervoor dat de achtergrondintensiteit in de beelden binnen 5% van elkaar blijft door de belichtingstijd aan te passen en niet het lampvermogen. Nadat u van filters hebt geschakeld, moet u het voorbeeld opnieuw scherpstellen voordat u afbeeldingen vastlegt. Sla de afbeeldingen op als niet-gecomprimeerde TIFF-bestanden en/of in de oorspronkelijke bestandsindeling van de software om alle relevante informatie te bewaren.Open de afbeelding met ImageJ om met de analyse te beginnen. Gebruik het rechthoeksgereedschap om een rechthoek rond het belangrijkste interessegebied te tekenen. Selecteer vervolgens op de werkbalk de afbeelding, ga naar zoomen en selecteer selecteren om te selecteren.Het beeldvenster zoomt in op het geselecteerde gebied. Selecteer vervolgens de afbeelding, ga naar aanpassen en selecteer helderheid/contrast. Als u de weergave van het voorbeeldgebied wilt verbeteren, past u het minimum, het maximum, de helderheid en het contrast van de afbeelding aan.Deze aanpassingen veranderen de wetenschappelijke gegevens niet, maar maken alleen een betere zichtbaarheid van het monstergebied mogelijk. Gebruik nu het rechthoeksgereedschap opnieuw en teken een doos rond het eerste nanodeeltje dat moet worden gemeten. De doos mag slechts iets groter zijn dan de luchtige schijf van de nanodeeltjes.Ga na de geselecteerde opties naar analyseren en selecteer meten. Er verschijnt een nieuw venster dat de minimum-, maximum- en gemiddelde intensiteiten rapporteert voor de pixels die zich in het geselecteerde vak bevinden. Met behoud van de oorspronkelijke grootte van de doos, sleep de doos naar een gebied direct grenzend aan het deeltje waar het achtergrondcontrast relatief gelijkmatig is, en er geen deeltjes of verontreinigingen aanwezig zijn.Gebruik het meetgereedschap opnieuw om de gemiddelde intensiteit voor het achtergrondgebied te bepalen. Herhaal dit proces voor elk deeltje in alle afbeeldingen in de serie. Exporteer vervolgens de gegevens naar een spreadsheet om het contrast of de intensiteit van elk deeltje over alle golflengten en hoeken te berekenen.Voer in de volgende vergelijking het contrast van elk deeltje in. Ten slotte, grafiek het spectrale profiel op een bepaalde nanodeeltjes positie door het plotten van gegevens met de golflengte langs de X-as en het contrast of de intensiteit langs de Y-as. Om de optimale beeldvormingsinstelling te bepalen, werden deze gouden nanosferen afgebeeld op verschillende polarisatorinstellingen.Bij nul graden, de deeltjes lijken meestal wit met een donkere streep loopt over hun buik. Dit is indicatief voor kruispolarisatie voor nanosfeermonsters. Wanneer de polarisator wordt gedraaid naar verschillende hoeken, de deeltjes werpen donkere schaduwen naar een hoek.De contrastwaarden van het deeltje veranderen echter drastisch. Voor dit monster is de optimale beeldvormingsinstelling met een polarisatorverschuiving van 10 graden. Hier wordt de golflengte uitgezet tegen contrast van gouden nanosferen.Elk gegevenspunt vertegenwoordigt een gemiddelde van 20 nanosferen voor elke deeltjesdiameter. Het piekcontrast voor elk deeltje verschuift licht afhankelijk van de grootte. De intensiteit en rotatie is nog belangrijker met anisotropische vormen zoals deze gouden nanorod.Hier wordt de golflengte uitgezet tegen intensiteit bij twee verschillende polarisatorinstellingen. In elk geval is de intensiteit van de zonnige kant veel sterker dan die van de donkere kant. De intensiteit profiel van een enkele gouden nanorod op het gelokaliseerde oppervlak plasmon resonantie golflengte tijdens de rotatie van het podium toont een grote intensiteit verschil tussen de donkere en heldere zijden als het monster wordt gedraaid door middel van 180 graden.Voorbeeldbeeldvorming is uiterst belangrijk. Het vereist zowel ijver en geduld van de kant van de microscopist. Als u een experiment uitvoert waarvoor het monster gedurende een reeks dagen opnieuw moet worden ontworpen, zijn oriëntatiepunten zoals de krasmarkeringen van cruciaal belang bij het verplaatsen van uw interessegebied.DIC microscopie groeit in interesse van onderzoekers die nanodeeltjes bestuderen, vooral in dynamische en cellulaire omgevingen. Omdat DIC een optimale ruimtelijke resolutie biedt, vooral in complexe bemonsteringsomgevingen.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Sjabloon gerichte synthese van Plasmonische Gold nanobuizen met afstelbare IR absorptie

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Synthese van Immunotargeted Magneto-plasmonische Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

Fotochemische oxidatieve groei van Iridium Oxide Nanodeeltjes op CdSe @ CdS nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Vloeistof-cel transmissie-elektronenmicroscopie voor Tracking zelf-assemblage van nanodeeltjes

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

Sonderen de structuur en de dynamiek van Interfaciale Water met Scanning Tunneling microscopie en spectroscopie

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril

Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril

Kwantitatieve SERS-detectie van urinezuur via de vorming van nauwkeurige plasmonische nanojunctionen in aggregaten van gouden nanodeeltjes en cucurbit[n]uril

This work describes a rapid and highly sensitive method for the quantitative detection of an important biomarker, uric acid (UA), via surface-enhanced ...

Preparation of Silver-Palladium Alloyed Nanoparticles for Plasmonic Catalysis under Visible-Light Illumination

Bereiding van zilver-palladium gelegeerde nanodeeltjes voor plasmonische katalyse onder zichtbare lichtverlichting

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular ...

Atomic Force Microscopy Combined with Infrared Spectroscopy as a Tool to Probe Single Bacterium Chemistry

Atomic Force Microscopie gecombineerd met infraroodspectroscopie als hulpmiddel om single bacterium chemistry te onderzoeken

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and ...

Studying the Effects of Temperature on the Nucleation and Growth of Nanoparticles by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy

Het bestuderen van de Effecten van Temperatuur op de Nucleatie en Groei van Nanodeeltjes door Vloeistof-Cel Transmissie Elektronenmicroscopie

Temperature control is a recent development that provides an additional degree of freedom to study nanochemistry by liquid cell transmission electron ...

Synthesis of Metal Nanoparticles Supported on Carbon Nanotube with Doped Co and N Atoms and its Catalytic Applications in Hydrogen Production

Synthese van metalen nanodeeltjes ondersteund op koolstofnanobuis met gedopeerde co- en N-atomen en de katalytische toepassingen ervan bij waterstofproductie

A method for facile synthesis of nanostructured catalysts supported on carbon nanotubes with atomically dispersed cobalt and nitrogen dopant is presented ...