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

Д-р Энтони С. Стендер хотел бы отметить техническую поддержку через Nanoscale и квантовых явлений института (НЗПИ) в Университете Огайо. Эта статья стала возможной благодаря стартовому финансированию, предоставленному доктору Стендеру Университетом Огайо.

1. Подготовка образца со стандартными слайдами стеклянной микроскопии
<ol><li>Подготовьте слайды стеклянного микроскопа для осаждения образцов. ПРИМЕЧАНИЕ ПРИМЕЧАНИЕ, В некоторых случаях, это может быть более целесообразным для хранения стекла в ультрачистой воде вместо этанола. Тем ?...

<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>

При визуализации с помощью микроскопии DIC крайне важно оптимизировать оптические компоненты перед сбором данных. Даже незначительные корректировки поляризатора в середине эксперимента могут привести к значительному воздействию на окончательные данные6. Кроме того, разл...

С 1980-х годов микроскопическая микроскопия дифференциальной интерференции (DIC) в значительной степени рассматривается в качестве важного метода визуализации, предназначенного для микромасштабных объектов в биологических науках. Тем не менее, во время его развития в 1950-х и 1960-х годов, он был задуман как метод для материаловедения1. С недавними достижениями в материаловедениях, связанных с плазмонными наночастицами, возрос интерес к характеристике материалов с оптической микроскопией.
Многие оптические методы, безусловно, доступны для характеристик наноматериалов (например, темное поле, яркое поле, поляризованный свет, флуоресценция и т.д.). Темное поле широко популярно в исследованиях наночастиц, но оно опирается исключительно на сбор рассеяния и предоставляет ограниченную информацию о сложных образцах2. Флуоресценция может быть полезна, но только с образцами, которые люминесцентные или которые могут быть правильно окрашены. Микроскопия DIC имеет несколько признаков, которые делают его ценным инструментом для анализа наночастиц. Наиболее часто заявленные преимущества DIC по сравнению с другими методами и в отношении плазмонных наночастиц являются таковыеокрашивания образцов, нет эффектов гало, неглубокая глубина поля и высокое боковое разрешение 3. DIC имеет дополнительные сильные стороны, которые являются ценными для плазмонных исследований наночастиц. Во-первых, присутствуют два присущих и ортогоналкополя поля поля, и они могут быть измерены одновременно для целей спектроскопии2. Во-вторых, деполяризованный сигнал наночастиц незапечатлен на конечном изображении 2, что может стать причиной серьезной обеспокоенности при измерениях спектроскопии темного поля.
Целью данной статьи является предоставление четкой методологии использования передового света номарской МИКРОСКОПии DIC для выполнения спектроскопии плазмонных наночастиц. Хотя DIC является мощным методом, который может быть применен к весьма разнообразным материалам, это также метод, который требует большого мастерства и понимания, чтобы работать над ним должным образом при визуализации наночастиц. Трансмиссия на основе Номарски DIC микроскопии имеет сложный световой путь1, который будет только кратко рассмотрены здесь. Оптический поезд DIC отображается на рисунке 1. Свет передается через микроскоп, сначала проходя через поляризатор и луч-расщепление призмы Номарски, прежде чем быть сосредоточены конденсатора на образец плоскости. Пройдя через цель, свет сталкивается с луч-комбинируя призму Номарски и анализатор перед выходом на детектор. Два поляризатора и призмы Номарски имеют решающее значение для формирования изображения DIC и отвечают запроизводство двух ортогональных полей поляризации DIC 1. Для читателя заинтересованы в получении дополнительной информации о принципах работы и оптический путь Номарски DIC микроскопов, или различия между Nomarski DIC и других стилей DIC, пожалуйста, обратитесь к другим хорошо написанные счета по этим темам1, 4 , 5 , 6 , 7.
Не менее важно понимать основную природу плазмонных наночастиц перед попыткой выполнения спектроскопии на них, будь то с Nomarski DIC, темным полем или любой другой техникой микроскопии. В области плазмоники наночастицы определяются как частицы с размерами в масштабе 10-100 нм8,9. Наночастицы могут принимать различные формы (например, сферы, стержни, звезды, гантели и т.д.), и большинство их важных свойств возникают из взаимодействия со светом в ультрафиолетов-видимом-ближнем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра. Термин "плазмон" не ограничивается наночастицами10; однако при обсуждении наночастиц он используется в связи с локализованным поверхностным плазмонным резонансом (LSPR). LSPR является явлением, при котором электроны проводимости в наночастице колеблются из-за взаимодействия Куломбида сэлектромагнитным излучением высокоспецифической и относительно узкой частотной полосы 8. На этих же частотах плазмонные наночастицы обладают повышенной абсорбцией и рассеянием света, что делает их наблюдаемыми с помощью оптической микроскопии. Во многих случаях, предпочтительно наблюдать наночастицы при размещении фильтров bandpass перед конденсатором2, чтобы улучшить контраст изображения и устранить свет, который не может вызвать эффект LSPR. Использование фильтров также позволяет проводить эксперименты с спектроскопией отдельных частиц.
Оптическое поведение, связанное с LSPR, сильно зависит от размера и формы наночастиц, и его можно исследовать с помощью многих методов оптической микроскопии. Однако для расшифровки информации о ориентации плазмонных наночастиц с анизотропной (т.е. несферической) формой необходимо использовать поляризацию светового поля. Тщательно вращая поле поля поляризации или образцовый субстрат с небольшими приращениями, можно контролировать зависящие от ориентации спектроскопические свойства отдельных наночастиц. Вращение и поляризация могут также помочь в определении того, является ли спектральная особенность обусловлена диполярным или более высоким уровнем колебаний поверхностных электронов наночастиц. Однако в случае изотропных (т.е. сферических) наночастиц спектральный профиль остается практически неизменным при вращении образца под поляризованным светом.
При просмотре через микроскоп DIC(Рисунок2), наночастицы имеют воздушный диск с теневым бело-черным видом на сером фоне. Сферические наночастицы сохранят этот внешний вид при вращении и при смене фильтров bandpass; однако, частицы будут постепенно исчезать из поля зрения, как центральная длина волны фильтра становится еще более отделены от только диполярной длины волны LSPR сферы11. Появление нанородов может измениться довольно резко, как они вращаются2. Нанороды имеют две полосы LSPR с диполярным поведением, расположение которых основано на физических размерах нанородов. Когда продольная ось нанорода ориентирована параллельно одному из полей поляризации DIC, воздушный диск будет отображаться все белые или все черные, если рассматривать с bandpass фильтр, связанный с этой длиной волны LSPR. После вращения образца 90 ", он будет принимать на противоположный цвет. Кроме того, поскольку поперечная ось нанорода перпендикулярно продольной оси, стержень будет принимать противоположный цвет при переключении между фильтрами, которые соответствуют длинам волны LSPR для двух осей. В других ориентациях и настройках фильтра нанороды будут больше похожи на сферы, представляющие различные модели воздушного диска, отлитые тенью. Для нанородов с поперечной оси Злт; 25 нм, это может быть трудно обнаружить сигнал на том, что длина волны LSPR с помощью микроскопии DIC.
Для выполнения спектроскопии отдельных частиц важно использовать правильные оптические компоненты и правильно их выравнивать. Необходимо использовать цель, способную микроскопии DIC. Для экспериментов с отдельными частицами, 80x или 100x масляных целей являются идеальными. Номарские призмы DIC обычно бывают трех разновидностей. Идеальный тип сильно зависит от цели эксперимента и размера наночастиц. Стандартные призмы прекрасны для многих экспериментов; но при работе с меньшими наночастицами (злот; 50 нм), высокая контрастность призмы может быть полезным, так как контраст частиц уменьшается, как частицы уменьшаются в размере11. Корректировка контраста DIC достигается либо путем вращения поляризатора, либо путем перевода одной из призмDIC, в зависимости от бренда микроскопа или модели 6.
После установки освещения Kohler и настроек поляризатора, очень важно не сравнять эти параметры при сборе данных спектроскопии. Кроме того, при постоянном переключении между фильтрами и настройками угла необходимо постоянно поддерживать средний фоновый сигнал. Фактическое идеальное фоновое значение зависит от динамического диапазона научной камеры, но в целом фон должен находиться в диапазоне 15-40% от максимального уровня обнаружения камеры. Это снижает вероятность насыщения датчика камеры, обеспечивая при этом оптимальный контраст частиц. Для сбора данных спектроскопии необходимо работать с научной камерой, которая фиксирует изображения в черно-белом цвете, в отличие от цветной камеры.
Подготовка образцов является еще одним важным аспектом визуализации плазмонных наночастиц. Крайне важно, чтобы операторы микроскопии DIC имели представление о оптических свойствах образца и субстрате образца. "Предварительно очищенное" стекло микроскопа недостаточно подготовлено для визуализации наночастиц, и оно должно быть надлежащим образом очищено перед осаждением образца, чтобы обеспечить беспрепятственное наблюдение образца. Многие протоколы очистки для слайдов микроскопа были ранее задокументированы12, но это не шаг, который обычно сообщается в экспериментальных исследованиях.
Наконец, методы анализа данных являются конечным компонентом спектроскопии отдельных частиц. Максимальная и минимальная интенсивность каждой наночастицы должна быть измерена, а также среднее значение локального фона. Частицы, представляющие интерес, должны располагаться в районах, где нет фонового мусора, дефектов субстрата или неравномерного освещения. Одним из методов определения спектрального профиля наночастиц является вычисление контраста частиц на каждой длине волны, используя уравнение ниже11,13,14,15
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/59411/59411eq1.jpg">
Кроме того, спектр одной частицы может быть разделен на ее индивидуальные максимальные и минимальные компоненты сигнала, которые представляют два поля поляризации DIC, тем самым отображая два одновременно собранных направленно зависимых спектра, через два уравнения,
<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

Дифференциальная интерференционная контрастность (DIC) микроскопия является мощным инструментом визуализации, который чаще всего используется для визуализации микромасштабных объектов с использованием видимого диапазона света. Целью данного протокола является детальный метод подготовки образцов плазмонных наночастиц и выполнения одной спектроскопии частиц на них с помощью микроскопии DIC. Для проведения повторяемых экспериментов с спектроскопией необходимо тщательно выполнить несколько важных шагов. Во-первых, ориентиры могут быть выгравированы в образцовом субстрате, который помогает в обнаружении поверхности образца и в отслеживании области интереса во время экспериментов. Далее субстрат должен быть надлежащим образом очищен от мусора и загрязняющих веществ, которые в противном случае могут препятствовать или скрыть изучение образца. После того, как образец правильно подготовлен, оптический путь микроскопа должен быть выровнен, используя Kohler Illumination. Со стандартным микроскопом DIC в стиле Номарски может потребоваться вращение образца, особенно когда плазмонные наночастицы обладают зависящими от ориентации оптическими свойствами. Поскольку микроскопия DIC имеет два присущих ортогонализованных полях поляризации, контрастный узор, зависящий от длины волны DIC, показывает ориентацию плазмонных наночастиц в форме стержня. Наконец, необходимо тщательно проводить процесс сбора данных и анализа данных. Обычно данные спектроскопии на основе DIC представляются как контрастное значение, но их можно также представить в качестве данных интенсивности. В этой демонстрации DIC для спектроскопии отдельных частиц, основное внимание уделяется сферических и стержневидных золотых наночастиц.

При работе с образцами, которые являются достаточно большими, чтобы увидеть невооруженным глазом, размещение ориентиров на стеклянном субстрате обычно не требуется. Однако при работе с наноматериалами или при вращении образца ориентиры могут обеспечить простой мето...

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

Целью данного протокола является детальный проверенный подход к подготовке плазмонных образцов наночастиц и для выполнения спектроскопии отдельных частиц на них с дифференцаальной интерференцией (DIC) микроскопии.

Выполнение спектроскопии на плазмонных наночастиц с передачей на основе Номарски-тип дифференциальной микроскопии интерференции

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

Микроскопия DIC превосходит темное поле при визуализации плазмонных наночастиц в сложных средах. Тем не менее, DIC также требует больших знаний и навыков для получения воспроизводимых результатов. Микроскопия DIC обеспечивает как высокое боковое разрешение, так и неглубокую глубину резкости.Обе эти черты чрезвычайно важны при мониторинге наночастиц в клетках или в сложных средах. Для начала используйте ручку для того, чтобы поместить неглубокую и короткую царапину на центр каждой стеклянной крышки, а затем очистить стекло, как описано в сопроводительном текстовом протоколе. Далее используйте микропипюту, чтобы удалить 100 микролитров 05-миллиграммового на миллилитрового наночастицы золота из своего первоначального контейнера для хранения и выбросить раствор в 1,5-миллилитровую центрифугу.Центрифуга образца в течение 10 минут при 6000 раз тяжести. После завершения, удалить супернатант с micropipette, чтобы избавиться от избыточного сурфактанта из наночастиц раствора. Затем добавьте 100 микролитров ультра-чистой воды в центрифугу.Кратко вихрь образца разбить гранулы, а затем sonicate его в течение 20 минут сразу после этого, чтобы полностью повторно наночастицы агрегатов. Используя микропипюту, dropcast шесть микролитров раствора наночастиц на очищенные и поцарапаемые стеклянные крышки. Затем аккуратно переверните крышку и поместите его поверх второго большего куска микроскопа стекла.Падение должно быстро равномерно распределиться между двумя кусками стекла. Позаботьтесь, чтобы избежать получения пузырьков воздуха в ловушке между двумя кусками стекла. Используйте узкую линию лака для ногтей, чтобы запечатать края крышки, чтобы предотвратить испарение жидкости.Поместите образец на стадию микроскопа и выровняете цель и конденсатор микроскопа. Отрегулируйте фокус, чтобы найти фокусную плоскость с образцом на нем и найти царапины знак, созданный ранее. Сосредоточьтесь на нем и отладить фокус, пока наночастицы приходят в поле зрения.Чтобы определить точное размещение конденсатор, используйте метод освещения Kohler, начиная с 20x цели, а затем переходя к высоким увеличениям, таким как 80 или 100x. Далее выберите область, интересную в образце для визуализации. Центр региона в поле зрения камеры, и настроить фокус по мере необходимости.Если микроскоп имеет дизайн де Senarmont, начните с поляризатора, установленного вблизи максимального фонового вымирания и постепенно поверните поляризатор в сторону уменьшения фонового вымирания. Интенсивность фона будет постепенно увеличиваться. Идеальная настройка достигается, когда наночастицы достигают наибольшей разницы интенсивности по сравнению со средним местным фоном.Для плазмонических наночастиц наибольший контраст обычно достигается при относительно темном фоне при максимальном фоновом вымирании или вблизи него. Выключите освещение помещения, чтобы предотвратить взаимодействие с процессом с рассеянным освещением. Поставь на место 10-нанометровый фильтр полной ширины при полу максимуме диапазона-прохода с его центральной длиной волны, расположенной совместно с основной локализованной волновой волной резонанса плазмона, чтобы просмотреть область интереса.Затем отрегулируйте интенсивность лампы или время экспозиции до тех пор, пока фоновый уровень не будет на уровне от 5%до 40% от максимального уровня емкости камеры. Никакие объекты в пределах области интереса не должны проявлять интенсивность сигнала, превышающую 90% от максимального уровня интенсивности камеры. Изображение образца с серией диапазон-проходных фильтров, каждый из которых имеет полную ширину на половину максимума 10 нанометров, и что в целом позволяют изображения по всей длине волны диапазона интереса.Убедитесь, что интенсивность фона на изображениях остается в пределах 5% друг от друга, регулируя время экспозиции, а не мощность лампы. После переключения фильтров переориентация образца перед захватом изображений. Сохраните изображения как нестехаженные файлы TIFF и/или в родном формате файла программного обеспечения, чтобы сохранить всю соответствующую информацию.Чтобы начать анализ, откройте изображение с ImageJ. Используйте прямоугольник инструмент, чтобы нарисовать прямоугольник вокруг основной области интереса. Затем на панели инструментов выберите изображение, перейдите к масштабированию и выберите выделение.Окно изображения увеличит выбранную область. Далее выберите изображение, перейдите на настройку и выберите яркость/контрастность. Чтобы улучшить представление о области выборки, отрегулируйте минимальный, максимальный, яркость и контрастность изображения.Эти корректировки не меняют научных данных, они лишь обеспечивают лучшую видимость региона выборки. Теперь используйте прямоугольник инструмент снова и нарисовать коробку вокруг первой наночастицы, которые будут измерены. Коробка должна быть лишь немного больше воздушного диска наночастицы.После выбора перейдите к анализу и выбору измерения. Появляется новое окно, которое сообщает о минимальной, максимальной и означаемой интенсивности для пикселей, расположенных внутри выбранного окна. Сохраняя первоначальный размер коробки, перетащите коробку в область, непосредственно прилегающую к частице, где фоновый контраст относительно овеян, и никаких частиц или загрязняющих веществ нет.Используйте инструмент измерения снова, чтобы определить средняя интенсивность для фоновой области. Повторите этот процесс для каждой частицы во всех изображениях серии. Затем экспортировать данные в электронную таблицу для расчета контрастности или интенсивности каждой частицы на всех длинах волн и углах.Введите следующее уравнение для расчета контрастности каждой частицы. Наконец, на график спектрального профиля в данном положении наночастиц путем построения данных с длиной волны вдоль X-оси и контрастности или интенсивности вдоль Y-оси. Чтобы определить оптимальную настройку изображения, эти золотые наносферы были изображены в нескольких поляризаторных настройках.При нулевом градусе частицы появляются в основном белыми с темной полосой, бегущей по их животу. Это свидетельствует о перекрестной поляризации образцов наносферы. Когда поляризатор вращается под разными углами, частицы отбрасывают темные тени в один угол.Однако значения контраста частиц резко меняются. Для этого образца оптимальная настройка изображения с поляризатором сдвиг на 10 градусов. Здесь длина волны построена на фоне контраста золотых наносфер.Каждая точка данных представляет в среднем 20 наносфер для каждого диаметра частицы. Пиковый контраст для каждой частицы немного смещается в зависимости от ее размера. Интенсивность и вращение еще более важны с анисотропных форм, таких как этот золотой нанород.Здесь длина волны построена против интенсивности в двух различных настройках поляризатора. В каждом случае интенсивность яркой стороны намного сильнее, чем у темной стороны. Профиль интенсивности одного золотого нанорода на локализованной поверхности плазмонные резонансные длины волны во время вращения сцены показывают большую разницу интенсивности между темными и яркими сторонами, как образец вращается через 180 градусов.Образец изображения является чрезвычайно важным. Это требует как усердия, так и терпения со стороны микроскопа. Если вы проводите эксперимент, который требует переосмысления образца в течение нескольких дней, то такие ориентиры, как царапины, имеют решающее значение для перемещения вашего региона интересов.Микроскопия DIC растет интерес исследователей, которые изучают наночастицы, особенно в динамичной и клеточной среде. Потому что DIC предлагает оптимальное пространственное разрешение, особенно в сложных средах отбора проб.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Шаблон Направленный синтез Плазмонных нанотрубки золота с перестраиваемой поглощения ИК-

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

Синтез Immunotargeted Магнето-плазмонное Нанокластеры

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

Фотохимические Окислительный Рост Iridium наночастиц оксида на CdSe @ CdS наностержней

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

Жидкости клеточной просвечивающей электронной микроскопии для отслеживания самостоятельной сборки наночастиц

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

Проверка структуры и динамики межфазного воды с сканирование туннелирования микроскопии и спектроскопии

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

Количественное SERS-обнаружение мочевой кислоты путем формирования точных плазмонных нанопереходов в агрегатах наночастиц золота и кукурбита[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

Подготовка серебряно-палладий сплавленных наночастиц для плазмонной катализа под видимым освещением

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

Атомно-силовая микроскопия в сочетании с инфракрасной спектроскопией в качестве инструмента для исследования химии одиночных бактерий

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

Изучение влияния температуры на зародыша и рост наночастиц с помощью просвечивающей электронной микроскопии жидкостных клеток

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

Синтез металлических наночастиц, поддерживаемых на углеродных нанотрубках с легированными атомами Co и N, и его каталитические применения в производстве водорода

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