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 ønsker å anerkjenne teknisk støtte gjennom nanoskala og Quantum fenomener Institute (NQPI) ved Ohio University. Denne artikkelen ble gjort mulig gjennom oppstart finansiering gitt til Dr. stender ved Ohio University.

1. prøve forberedelser med standard glass mikroskopi lysbilder
<ol><li>Forbered glass mikroskop lysbilder for prøven deponering. Merk: i noen tilfeller kan det være mer hensiktsmessig å lagre glasset i ultrarent vann i stedet for etanol. Men lagring i vann eller luft gjør glasset hydrofobe over tid.<ol>
<li>For best resultat, Kjøp glass eller kvarts mikroskop lysbilder og dekkglass.</li>
		<li>Bruk en scribing penn til å plassere et grunt og kort ripe merke på midten av hvert glass deksel.</li>
		<li>Rengjø...

<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>

Når Imaging med DIC mikroskopi, er det avgjørende å optimalisere de optiske komponentene før du samler inn data. Selv mindre justeringer av polarisator midt i et eksperiment kan føre til betydelige innvirkninger på de endelige dataene6. Videre krever ulike materialer ulike polarisator innstillinger. Selv om store trinn størrelser ble benyttet her for å demonstrere effekten av polarisering vinkel, i et faktisk eksperiment, er det viktig å optimalisere polarisator innstillingen innen 1 °-2...

Siden 1980-tallet har differensial forstyrrelser kontrast (DIC) mikroskopi i stor grad blitt sett på som en viktig tenkelig metode forbeholdt Mikroskala objekter innenfor biologisk vitenskap. Men under sin utvikling i 1950 og 1960, var det ment som en teknikk for Materials Science1. Med den nylige fremskritt i de materielle vitenskaper relatert til plasmonic nanopartikler, en økt interesse for karakterisering av materialer med optiske mikroskopi har funnet sted.
Mange optiske teknikker er sikkert tilgjengelig for nanomaterialebasert karakterisering (f. eks mørkt felt, brightfield, polarisert lys, fluorescens, etc.). Dark feltet er allment populær i nanopartikkel forskning, men det baserer seg utelukkende på innsamling av Scatter og gir begrenset informasjon om komplekse prøver2. Fluorescens kan være nyttig, men bare med prøver som luminesce eller som kan være riktig beiset. DIC mikroskopi har flere egenskaper som gjør det til et verdifullt verktøy for analyse av nanopartikler. De hyppigst uttalte fordelene med DIC i forhold til andre metoder og i forhold til plasmonic nanopartikler er: ingen prøve farging nødvendig, ingen Halo effekter, grunne dybdeskarphet, og høy lateral oppløsning3. DIC har flere styrker som er verdifulle for plasmonic nanopartikkel forskning. Først av alt, to iboende og ortogonale polarisering felt er til stede, og de kan måles samtidig for spektroskopi formål2. For det andre er det depolarisert signalet av nanopartikler ikke fanget i det endelige bildet2, som kan være en årsak til alvorlig bekymring i mørke felt spektroskopi målinger.
Hensikten med denne artikkelen er å gi en klar metodikk for å utnytte overført lys Nomarski DIC mikroskopi å utføre spektroskopi på plasmonic nanopartikler. Selv om DIC er en kraftig teknikk som kan brukes på svært varierte materialer, er det også en teknikk som krever stor dyktighet og forståelse for å drive det riktig når Imaging nanopartikler. Transmission-baserte Nomarski DIC mikroskopi har en kompleks lys bane1 som bare vil bli kort gjennomgått her. Den optiske toget til DIC vises i figur 1. Lyset overføres gjennom mikroskopet ved først å bli passert gjennom en polarisator og en bjelke-splitting Nomarski prisme før de blir fokusert av kondensatoren på prøven flyet. Etter å ha passert gjennom målet, møter lyset en bjelke-kombinere Nomarski prisme og en analysator før du avslutter til detektoren. De to polarisatorer og Nomarski prismer er avgjørende for dannelsen av DIC bildet og er ansvarlig for å produsere DIC to ortogonale polarisering felt1. For leseren interessert i å vite mer om arbeids prinsipper og optiske banen til Nomarski DIC mikroskop, eller forskjellene mellom Nomarski DIC og andre stiler av DIC, henvises det til andre velskrevet kontoer på disse emnene1, 4 andre priser , 5 andre priser , 6 andre priser , 7i.
Det er like viktig å forstå grunnleggende natur plasmonic nanopartikler før du forsøker å utføre spektroskopi på dem, enten det er med Nomarski DIC, mørkt felt, eller andre mikroskopi teknikk. Innen plasmonics er nanopartikler definert som partikler med dimensjoner på skalaen på 10-100 NM8,9. Nanopartikler kan ta på mange former (f. eks, kuler, stenger, stjerner, manualer, etc.), og de fleste av deres viktige egenskaper oppstår fra interaksjoner med lys i ultrafiolett-synlig-nær infrarød rekkevidde av det elektromagnetiske spekteret. Begrepet "plasmonic" er ikke begrenset til nanopartikler10; men når du diskuterer nanopartikler, er det brukt i referanse til lokaliserte overflaten Plasmon resonans (LSPR). LSPR er et fenomen der ledning elektroner i en nanopartikkel svinge på grunn av en Coulombic interaksjon med elektromagnetisk stråling av en svært spesifikk og relativt smal frekvensbånd8. På de samme frekvensene viser plasmonic nanopartikler økt absorpsjon og spredning av lys, noe som gjør dem synlige med optiske mikroskopi. I mange tilfeller er det foretrukket å observere nanopartikler mens du plasserer bånd pass filtre før kondensatoren2, for å forbedre Imaging kontrast og for å eliminere lys som ikke klarer å indusere LSPR effekt. Bruk av filtre gjør det også mulig å utføre enkle partikkel spektroskopi eksperimenter.
LSPR-relatert optisk atferd er svært avhengig av størrelsen og formen på nanopartikler, og det kan undersøkes med mange optiske mikroskopi teknikker. Men for å dechiffrere orientering informasjon av plasmonic nanopartikler med en Anisotrop (dvs. ikke-sfærisk) form, er det nødvendig å utnytte polarisering av lysfeltet. Ved å forsiktig rotere polarisering feltet eller prøven underlaget i små intervaller, er det mulig å overvåke orientering-avhengige spektroskopiske egenskaper av individuelle nanopartikler. Rotasjon og polarisering kan også hjelpe til med å avgjøre om en Spectral funksjon skyldes en dipolar eller høyere orden pendling av nanopartikkel overflate elektroner. Men i tilfelle av isotropic (dvs. sfærisk) nanopartikler, er Spectral profilen i hovedsak uendret ved å rotere prøven under polarisert lys.
Når de vises gjennom et DIC-mikroskop (figur 2), har nanopartikler en luftig disk med en skygge støpt hvit og svart utseende mot en grå bakgrunn. Sfæriske nanopartikler vil beholde denne utseende under rotasjon og med endring av bånd pass filtre; partiklene vil imidlertid gradvis forsvinne fra visningen ettersom filter ens sentrale bølgelengde blir ytterligere adskilt fra sfæren eneste dipolar LSPR bølgelengde11. Utseendet av nanoroder kan endre ganske dramatisk som de er rotert2. Nanoroder har to LSPR-band med dipolar adferd, hvor plasseringen er basert på de fysiske dimensjonene til nanoroder. Når den langsgående aksen i en nanorod er orientert parallelt med en av de DIC polarisering feltene, vil luftig platen vises alle hvite eller alle svarte hvis sett med en båndpassfilter knyttet til at LSPR bølgelengde. Etter roterende prøven 90 °, vil det ta på motsatt farge. Alternativt, siden tverrgående aksen av en nanorod er vinkelrett på langsgående aksen, vil stangen ta på motsatt farge når du skifter mellom filtre som samsvarer med LSPR bølgelengder for de to aksene. Ved andre retninger og filterinnstillinger, vil nanoroder vises mer som kuler, og presenterer en rekke skygge-cast luftig plate mønstre. For nanoroder med en tverrgående akse < 25 NM, kan det være vanskelig å oppdage signal på at LSPR bølgelengde bruker DIC mikroskopi.
For å utføre enkelt partikkel spektroskopi er det viktig å bruke de riktige optiske komponentene og justere dem riktig. En objektiv i stand til DIC mikroskopi må brukes. For enkelt partikkel eksperimenter er 80x-eller 100-mål olje målene ideelle. Nomarski DIC prismer vanligvis kommer i tre varianter: standard, høy kontrast, og høy oppløsning. Den ideelle typen avhenger sterkt av formålet med eksperimentet og størrelsen på nanopartikler. Standard prismer er bra for mange eksperimenter; men når du arbeider med mindre nanopartikler (< 50 NM), kan høy kontrast prismer være fordelaktig, siden partikkel kontrasten reduseres etter hvert som partiklene synker i størrelse11. Justering av DIC kontrasten oppnås enten ved å rotere en polarisator eller ved å oversette en av DIC prismer, avhengig av mikroskopet merke eller modell6.
Etter innstilling Kohler belysning og polarisator innstillinger, er det avgjørende å ikke justere disse innstillingene mens samle spektroskopi data. Videre må en konstant gjennomsnittlig bakgrunns signal opprettholdes til enhver tid under datainnsamlingen, selv når du skifter mellom filtre og vinkelinnstillinger. Den faktiske ideelle bakgrunns verdien avhenger av det dynamiske spekteret til det vitenskapelige kameraet, men generelt bør bakgrunnen være i størrelsesområdet 15% – 40% av det maksimale deteksjons nivået for kameraet. Dette reduserer sannsynligheten for å mette kamerasensoren samtidig som den muliggjør optimal partikkel kontrast. For innsamling av spektroskopi data, er det nødvendig å arbeide med et vitenskapelig kamera som fanger opp bilder i svart og hvitt, i motsetning til en farge kamera.
Prøveforberedelse er en annen kritisk aspekt av Imaging plasmonic nanopartikler. Det er viktig at operatørene av DIC mikroskopi har en forståelse av utvalget optiske egenskaper og av prøven er underlaget. "Pre-renset" mikroskop glass er ikke tilstrekkelig forberedt for bildebehandling nanopartikler, og det må være skikkelig re-rengjøres før prøven deponering for å sikre uhindret observasjon av prøven. Mange rengjøring protokoller for mikroskop lysbilder har tidligere vært dokumentert12, men det er ikke et skritt som normalt er rapportert i eksperimentelle studier.
Til slutt, dataanalyse metoder er den endelige komponenten til enkelt partikkel spektroskopi. Maksimums-og minimums intensiteten for hver nanopartikkel må måles, i tillegg til den lokale bakgrunns gjennomsnittet. Partikler av interesse bør plasseres i områder uten bakgrunn rusk, substrat defekter, eller ujevn belysning. En metode for å bestemme Spectral profil av en nanopartikkel er ved å beregne partikkel kontrasten på hver bølgelengde, ved hjelp av ligningen under11,13,14,15:
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/59411/59411eq1.jpg">
Alternativt kan en enkelt partikkel spektrum deles inn i sin individuelle maksimum og minimum signal komponenter, som representerer DIC to polarisering felt, og dermed viser de to samtidig samlet directionally-avhengige Spectra, gjennom de to likninger:
<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

Differensial interferens kontrast (DIC) mikroskopi er et kraftig tenkelig verktøy som er mest brukt for Imaging Mikroskala objekter ved hjelp av synlig rekkevidde lys. Formålet med denne protokollen er å detalj en velprøvd metode for å forberede plasmonic nanopartikkel prøver og utføre enkelt partikkel spektroskopi på dem med DIC mikroskopi. Flere viktige trinn må følges nøye for å utføre repeterbar spektroskopi eksperimenter. Først kan landemerker være etset inn i prøven underlaget, som hjelpemidler i å finne prøven overflaten og i å spore den regionen av interesse under eksperimenter. Deretter må underlaget være riktig rengjort for rusk og forurensninger som ellers kan hindre eller obskure undersøkelse av prøven. Når en prøve er skikkelig forberedt, må den optiske banen til mikroskopet justeres, ved hjelp av Kohler belysning. Med en standard Nomarski stil DIC mikroskop, rotasjon av prøven kan være nødvendig, spesielt når plasmonic nanopartikler utstillingen orientering-avhengige optiske egenskaper. Fordi DIC mikroskopi har to iboende ortogonale polarisering felt, avslører bølgelengde-avhengige DIC kontrast mønster orienteringen av Rod-formede plasmonic nanopartikler. Til slutt må datainnsamling og dataanalyser utføres nøye. Det er vanlig å representere DIC-baserte spektroskopi data som en kontrast verdi, men det er også mulig å presentere den som intensitet data. I denne demonstrasjonen av DIC for enkelt partikkel spektroskopi, er fokuset på sfærisk og stang-formet gull nanopartikler.

Når du arbeider med prøver som er store nok til å bli sett med det blotte øye, plassere landemerker på glass underlaget er normalt ikke nødvendig. Men når du arbeider med nanomaterialer eller når rotasjon av prøven er nødvendig, kan landemerker gi en enkel metode for å finne, skille og spore retningen på prøven. Selv om mer sofistikerte teknikker kan utnyttes for å forlate landemerker på glass underlag17, skrape glasset med en scribing penn er en øk...

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

Målet med denne protokollen er å detalj en velprøvd tilnærming for utarbeidelse av plasmonic nanopartikkel prøver og for å utføre enkelt partikkel spektroskopi på dem med differensial interferens kontrast (DIC) mikroskopi.

Utføre spektroskopi på Plasmonic nanopartikler med Transmission-baserte Nomarski-type differensial interferens kontrast mikroskopi

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

DIC mikroskopi er overlegen mørkt felt ved avbildning av plasmoniske nanopartikler i komplekse miljøer. Men DIC krever også større kunnskap og dyktighet for å oppnå reproduserbare resultater. DIC mikroskopi gir både høy sideoppløsning og grunne dybdeskarphet.Begge disse egenskapene er ekstremt viktige når man overvåker nanopartikler i celler eller i komplekse miljøer. Til å begynne med bruker du en skriblepenn til å plassere et grunt og kort ripemerke på midten av hver glassdeksler, og rengjør deretter glasset som beskrevet i den medfølgende tekstprotokollen. Deretter bruker du en mikropipette til å fjerne 100 mikroliter av en 05 mg per milliliter gull nanopartikkelløsning fra sin opprinnelige oppbevaringsbeholder, og kaste ut løsningen i et 1,5-milliliter sentrifugerør.Sentrifuger prøven i 10 minutter ved 6000 ganger tyngdekraften. Når du er ferdig, fjern supernatanten med en mikropipette for å kvitte seg med overflødig overflateaktivt middel fra nanopartikkelløsningen. Deretter legger du til 100 mikroliter ultra rent vann til sentrifugerøret.Virvle prøven kort for å bryte opp pelleten, og soniker den i 20 minutter umiddelbart etterpå for å fullt ut gjenbruke nanopartikkelaggregatene. Bruk en mikropipette til å slippe seks mikroliter nanopartikkeloppløsning på den rengjorte og ripede glassdeksler. Vend deretter dekkglasset forsiktig og legg den på toppen av et annet større stykke mikroskopglass.Dråpen skal raskt spre seg jevnt mellom de to glassbitene. Vær forsiktig så du unngår å få luftbobler fanget mellom de to glassbitene. Bruk en smal linje av neglelakk for å forsegle kantene på dekkglasset for å hindre fordampning av væsken.Plasser prøven på mikroskopstadiet, og juster objektivet og kondensatoren til mikroskopet. Juster fokuset for å finne fokalplanet med prøven på den og finn ripemerket som ble opprettet tidligere. Fokuser på det og finjuster fokuset til nanopartiklene kommer til syne.For å bestemme nøyaktig plassering av kondensatoren, bruk Kohler belysningsmetoden ved å starte med 20x-målet, og deretter flytte til høye forstørrelser som 80 eller 100x. Deretter velger du et interesseområde i eksemplet for bildebehandling. Midtstill området i kameraets synsfelt, og juster fokus etter behov.Hvis mikroskopet har de Senarmont-designen, starter du med polarisatoren satt nær maksimal bakgrunnsutryddelse og gradvis roterer polarisatoren mot avtagende bakgrunnsutryddelse. Bakgrunnsintensiteten vil gradvis øke. Den ideelle innstillingen oppnås når nanopartiklene når sin største intensitetsforskjell sammenlignet med det lokale bakgrunnsgjennomsnittet.For plasmoniske nanopartikler oppnås vanligvis størst kontrast med en relativt mørk bakgrunn på eller i nærheten av maksimal bakgrunnsutryddelse. Slå av rombelysning for å hindre at bortkommen belysning samhandler med prosessen. Sett på plass en 10-nanometer full bredde på halv maksimal band-pass filter med sin sentrale bølgelengde sambeliggende med den viktigste lokaliserte overflaten plasmon resonans bølgelengde for å se regionen av interesse.Deretter justerer du lampeintensiteten eller eksponeringstiden til bakgrunnsnivået er på 5 % til 40 % av kameraets maksimale kapasitetsnivå. Ingen objekter innenfor interesseområdet skal vise signalintensiteter som overstiger 90 % av kameraets maksimale intensitetsnivå. Bilde prøven med en rekke bånd-pass filtre som hver har full bredde på halv maksimum på 10 nanometer, og at som helhet muliggjør avbildning over hele bølgelengdeområdet av interesse.Kontroller at bakgrunnsintensiteten i bildene forblir innenfor 5 % av hverandre ved å justere eksponeringstiden og ikke lampeeffekten. Når du har byttet filtre, må du fokusere prøven på nytt før du tar bilder. Lagre bildene som ukomprimerte TIFF-filer og/eller i programvarens opprinnelige filformat for å bevare all relevant informasjon.Åpne bildet med ImageJ for å starte analysen. Bruk rektangelverktøyet til å tegne et rektangel rundt hovedområdet av interesse. Deretter velger du bilde på verktøylinjen, går til zoom og velger til valg.Bildevinduet zoomer inn på det valgte området. Deretter velger du bilde, går til å justere og velger lysstyrke/kontrast. Hvis du vil forbedre visningen av eksempelområdet, justerer du minimum, maksimum, lysstyrke og kontrast for bildet.Disse justeringene endrer ikke de vitenskapelige dataene, de gir bare bedre synlighet av utvalgsområdet. Bruk nå rektangelverktøyet igjen og tegn en boks rundt den første nanopartikkelen som skal måles. Boksen skal bare være litt større enn nanopartikkelens luftede plate.Når du er valgt, går du til analyser og velger mål. Det vises et nytt vindu som rapporterer minimums-, maksimums- og gjennomsnittsintensitetene for pikslene som er plassert inne i den valgte boksen. Beholde den opprinnelige størrelsen på boksen, dra boksen til et område rett ved siden av partikkelen der bakgrunnskontrasten er relativt jevn, og ingen partikler eller forurensninger er til stede.Bruk måleverktøyet på nytt for å bestemme gjennomsnittsintensiteten for bakgrunnsområdet. Gjenta denne prosessen for hver partikkel i alle bildene i serien. Eksporter deretter dataene til et regneark for å beregne kontrasten eller intensiteten til hver partikkel på tvers av alle bølgelengder og vinkler.Skriv inn i følgende formel for å beregne hver partikkels kontrast. Til slutt graferer du spektralprofilen i en gitt nanopartikkelposisjon ved å plotte data med bølgelengden langs X-aksen og kontrasten eller intensiteten langs Y-aksen. For å finne den optimale bildeinnstillingen ble disse gullnosfærene avbildet ved flere polarisatorinnstillinger.Ved null grader vises partiklene for det meste hvite med en mørk stripe som løper over midtseksjonen. Dette er et tegn på krysspolarisering for nanosfæreprøver. Når polarisatoren roteres til forskjellige vinkler, kaster partiklene mørke skygger mot det ene hjørnet.Partikkelkontrastensverdiene endres imidlertid dramatisk. For denne prøven er den optimale bildeinnstillingen med et polarisatorskifte på 10 grader. Her er bølgelengden plottet mot kontrast av gull nanosfærer.Hvert datapunkt representerer i gjennomsnitt 20 nanosfærer for hver partikkeldiameter. Toppkontrasten for hver partikkel skifter litt avhengig av størrelsen. Intensiteten og rotasjonen er enda viktigere med anisotropiske former som denne gullnanoroden.Her er bølgelengden plottet mot intensitet ved to forskjellige polarisatorinnstillinger. I hvert tilfelle er den lyse sidens intensitet mye sterkere enn den mørke sidens. Intensitetsprofilen til en enkelt gull nanorod på sin lokaliserte overflate plasmon resonans bølgelengde under rotasjon av scenen viser en stor intensitet forskjell mellom de mørke og lyse sidene som prøven roteres gjennom 180 grader.Prøvebilde er ekstremt viktig. Det krever både flid og tålmodighet fra mikroskopistens side. Hvis du utfører et eksperiment som krever nyskaping av prøven over en rekke dager, er landemerker som ripemerkene avgjørende for å flytte interesseområdet ditt.DIC mikroskopi vokser i interesse av forskere som studerer nanopartikler, spesielt i dynamiske og cellulære miljøer. Fordi DIC tilbyr optimal romlig oppløsning, spesielt i komplekse prøvetakingsmiljøer.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Mal Regissert Syntese av Plasmonic Gold Nanorør med Fleksibel IR Absorbans

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

Syntese av Immunotargeted Magneto-plasmonic 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

Fotokjemisk Oksidativt Vekst av Iridium Oxide Nanopartikler på 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

Væske-celle overføring elektronmikroskop for sporing selvstendig montering av nanopartikler

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

Verifiserer strukturen og dynamikken i Interfacial vann med Scanning Tunneling mikroskopi og spektroskopi

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

Kvantitativ SERS-deteksjon av urinsyre via dannelse av presise plasmoniske nanoforskrifter innen aggregater av gull nanopartikler og 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

Fremstilling av sølv-Palladium legerte nanopartikler for plasmonisk katalyse under synlig lysbelysning

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

Atomkraftmikroskopi kombinert med infrarød spektroskopi som et verktøy for å sondere enkeltbakteriekjemi

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

Studere effekten av temperatur på nukleasjon og vekst av nanopartikler ved væskecelleoverføringselektronmikroskopi

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

Syntese av metall nanopartikler støttet på karbon nanorør med dopet Co og N atomer og dets katalytiske applikasjoner i hydrogenproduksjon

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