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 vill uppmärksamma teknisk support genom nanoskala och Quantum fenomen Institute (NQPI) vid Ohio University. Denna artikel har möjliggjorts genom start-up finansiering ges till Dr Stender vid Ohio University.

1. prov beredning med standardglas mikroskopi dia bilder
<ol><li>Förbered glas Mikroskop dia bilder för prov deponering. Obs: i vissa fall kan det vara lämpligare att förvara glaset i ultrarent vatten istället för etanol. Men lagring i vatten eller luft gör glaset hydrofoba över tiden.<ol>
<li>För bästa resultat, köpa glas eller kvarts Mikroskop dia bilder och täck glas.</li>
		<li>Använd en ritsning penna och placera ett grunt och kort skrap märke på mitten av varje glas täckslip.</li>
		<li>Rengör...

<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>

Vid avbildning med DIC-mikroskopi är det viktigt att optimera de optiska komponenterna innan data samlas in. Även smärre justeringar av polarisationsfiltret i mitten av ett experiment kan resultera i betydande konsekvenser för de slutliga uppgifterna6. Dessutom, olika material kräver olika polarisationsfilter inställningar. Även stora steg storlekar utnyttjades här för att demonstrera effekten av polarisering vinkel, i ett faktiskt experiment, är det absolut nödvändigt att optimera pol...

Sedan 1980-talet har differential interferens kontrast (DIC) mikroskopi till stor del visats vara en viktig avbildnings metod reserverad för mikroskalsobjekten inom de biologiska vetenskaperna. Under dess utveckling under 1950-och 1960-talen var det dock tänkt som en teknik för material vetenskap1. Med den senaste tidens framsteg inom material vetenskaper relaterade till plasmoniska nanopartiklar, ett ökat intresse för karakterisering av material med optisk mikroskopi har ägt rum.
Många optiska tekniker är säkert tillgängliga för nanomaterial karaktärisering (t. ex., mörkt fält, brightfield, polariserat ljus, fluorescens, etc.). Mörkt fält är mycket populär i Nanopartikel forskning, men det förlitar sig enbart på insamling av scatter och ger begränsad information om komplexa prover2. Fluorescens kan vara användbart, men bara med prover som luminescera eller som kan vara ordentligt färgade. DIC mikroskopi har flera egenskaper som gör det till ett värdefullt verktyg för analys av nanopartiklar. De oftast angivna fördelarna med dic i jämförelse med andra metoder och i fråga om att plasmoniska nanopartiklar är: inget prov färgning krävs, inga Halo effekter, grunt skärpedjup, och hög lateral upplösning3. DIC har ytterligare styrkor som är värdefulla för plasmonisk nanopartikelforskning. Först av allt, två inneboende och ortogonala polarisation fält är närvarande, och de kan mätas samtidigt för spektroskopi ändamål2. För det andra är den depolariserade signalen av nanopartiklar inte fångas i den slutliga bilden2, vilket kan vara en orsak till allvarlig oro i mörker fält spektroskopi mätningar.
Syftet med denna artikel är att ge en tydlig metod för att använda genomlysning nomarski dic mikroskopi att utföra spektroskopi på plasmoniska nanopartiklar. Även om DIC är en kraftfull teknik som kan tillämpas på mycket olika material, är det också en teknik som kräver stor skicklighet och förståelse för att fungera korrekt när Imaging nanopartiklar. Transmission-baserade Nomarski DIC mikroskopi har en komplex ljus bana1 som bara kommer att kortfattat granskas här. Det optiska tåget i DIC visas i figur 1. Ljuset överförs genom mikroskopet genom att först passera genom en polarisator och en balk-uppdelning Nomarski prisma innan de fokuseras av kondensorn på provet planet. Efter att ha passerat målet stöter ljuset på en stråle som kombinerar Nomarski prisma och en analysator innan den lämnar till detektorn. De två polarisatorer och Nomarski prismor är kritiska till bildandet av DIC bilden och är ansvariga för att producera DIC: s två ortogonala polarisation fält1. För läsaren intresse rad av att veta mer om arbets principer och optisk väg Nomarski DIC Mikroskop, eller skillnaderna mellan Nomarski DIC och andra stilar av DIC, hänvisas till andra välskrivna konton på dessa ämnen1, 4 för att , 5 den femte , 6 att ha , och 7.
Det är lika viktigt att förstå den grundläggande karaktären av plasmoniska nanopartiklar innan man försöker utföra spektroskopi på dem, oavsett om det är med Nomarski DIC, mörkt fält, eller någon annan mikroskopi teknik. När det gäller plasmonik definieras nanopartiklar som partiklar med mått på skalan 10-100 Nm8,9. Nanopartiklar kan ta på många former (t. ex. sfärer, stavar, stjärnor, hantlar, etc.), och de flesta av deras viktiga egenskaper uppstår från interaktioner med ljus i ultraviolett-synlig-nära infrarött spektrum av det elektro magnetiska spektrumet. Termen "plasmonic" är inte begränsad till nanopartiklar10; men när man diskuterar nanopartiklar, det används i förhållande till lokaliserad yta Plasmon resonans (LSPR). LSPR är ett fenomen där lednings elektronerna i en Nanopartikel oscillerar på grund av en Coulombic interaktion med elektro magnetisk strålning av ett mycket specifikt och relativt smalt frekvens band8. Vid samma frekvenser uppvisar plasmoniska nanopartiklar ökad absorption och spridning av ljus, vilket gör dem observerbara med optisk mikroskopi. I många fall är det att föredra att observera nanopartiklarna samtidigt placera bandpass filter före kondensor2, för att förbättra bild åter givning kontrast och eliminera ljus som inte INDUCERAR lspr effekten. Att använda filter gör det också möjligt att utföra enstaka partikel spektroskopi experiment.
LSPR-relaterat optiskt beteende är i hög grad beroende av nanopartiklarnas storlek och form, och det kan undersökas med många optiska mikroskopi tekniker. Men för att tolka orienterings information av plasmoniska nanopartiklar med en Anisotrop (dvs., icke-sfärisk) form, är det nödvändigt att utnyttja polarisering av ljus fältet. Genom att försiktigt rotera polariseringsfält eller prov substrat i små steg, är det möjligt att övervaka de orienterings beroende spektroskopiska egenskaperna hos enskilda nanopartiklar. Rotation och polarisering kan också hjälpa till att avgöra om en spektralfunktion beror på en dipolär eller högre ordning svängning av nanoparticle yta elektroner. När det gäller isotropa (dvs. sfäriska) nanopartiklar är spektralprofilen dock i stort sett oförändrad vid rotation av provet under polariserat ljus.
När nanopartiklar ses genom ett DIC-Mikroskop (figur 2) har de en luftig skiva med ett skugg gjutet vitt och svart utseende mot en grå bakgrund. Sfäriska nanopartiklar kommer att behålla detta utseende under rotation och med byte av bandpass filter; partiklarna kommer dock gradvis att blekna ur vyn eftersom filtrets centrala våglängd blir ytterligare separerad från sfärens enda dipolära LSPR våglängd11. Utseendet på nanorör kan förändras ganska dramatiskt eftersom de roteras2. Nanorods har två LSPR-band med dipolär beteende, vars placering baseras på nanorods fysikaliska dimensioner. När den längsgående axeln av en nanorod är orienterad parallellt med en av de DIC polariseringsfält, kommer den luftiga skivan visas alla vita eller alla svarta om de ses med ett bandpass filter i samband med att LSPR våglängd. Efter roterande provet 90 °, det kommer att ta på motsatt färg. Alternativt, eftersom den tvärgående axeln av en nanorod är vinkel rät mot den längsgående axeln, staven kommer att ta på motsatt färg när du växlar mellan filter som matchar LSPR våg längder för de två axlarna. Vid andra riktningar och filter inställningar, nanorör kommer att visas mer som sfärer, presentera en mängd skugg gjutna luftiga skiv mönster. För nanorör med en tvärgående axel < 25 nm kan det vara svårt att detektera signal vid det lspr: s våglängd med hjälp av dic-mikroskopi.
För att utföra enstaka partikelspektroskopi är det viktigt att använda rätt optiska komponenter och att justera dem ordentligt. En mål sättning som kan användas för DIC-mikroskopi måste tillämpas. För enstaka partikel experiment är 80x-eller 100x-oljemål idealiska. Nomarski DIC prismor kommer vanligt vis i tre varianter: standard, hög kontrast, och hög upplösning. Den idealiska typen beror mycket på syftet med experimentet och storleken på nanopartiklarna. Standard prismor är bra för många experiment; men när man arbetar med mindre nanopartiklar (< 50 nm), kan hög kontrast prismor vara fördelaktigt, eftersom partikel kontrasten minskar när partiklarna minskar i storlek11. Justera DIC kontrasten uppnås antingen genom att rotera en polarisator eller genom att översätta en av de DIC prismor, beroende på Mikroskop märke eller modell6.
Efter inställning Kohler belysning och polarisationsfiltret inställningar, är det viktigt att inte justera dessa inställningar samtidigt samla spektroskopi data. Dessutom måste en konstant genomsnittlig bakgrunds signal upprätthållas vid alla tidpunkter under data insamlingen, även vid växling mellan filter och vinkel inställningar. Den verkliga ideal bakgrunds värde beror på det dynamiska omfånget av den vetenskapliga kameran, men i allmänhet bör bakgrunden vara i intervallet 15%-40% av den maximala detekterings nivån av kameran. Detta minskar sannolikheten för mättande kamera sensorn samtidigt som den möjliggör optimal partikel kontrast. För att samla in spektroskopi data, är det nödvändigt att arbeta med en vetenskaplig kamera som fångar bilder i svart och vitt, i motsats till en färg kamera.
Prov beredning är en annan kritisk aspekt av Imaging plasmoniska nanopartiklar. Det är absolut nödvändigt att operatörerna av DIC mikroskopi har en förståelse av provets optiska egenskaper och av provets substrat. "Förstädat" Mikroskop glas är inte tillräckligt för berett för avbildning nanopartiklar, och det måste rengöras ordentligt innan provet deposition för att säkerställa fri observation av provet. Många rengörings protokoll för Mikroskop glas har tidigare dokumenterats12, men det är inte ett steg som normalt rapporteras i experimentella studier.
Slutligen, data analys metoder är den sista komponenten till enstaka partikel spektroskopi. De högsta och lägsta intensiteter för varje Nanopartikel måste mätas, liksom det lokala bakgrunds genomsnittet. Partiklar av intresse bör placeras i områden utan bakgrunds skräp, substrat fel eller ojämn belysning. En metod för att bestämma spektralprofilen för en Nanopartikel är genom att beräkna partikel kontrasten vid varje våglängd, med ekvationenunder11,13,14,15:
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/59411/59411eq1.jpg">
Alternativt kan en enda partikel spektrum delas in i dess individuella högsta och lägsta signal komponenter, som representerar DIC: s två polariseringsfält, vilket visar de två samtidigt-insamlade directionally-beroende spektra, genom de två ekvationerna:
<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

Differential interferens kontrast (dic) mikroskopi är en kraftfull imaging verktyg som är vanligast används för avbildning Micro objekt med synlig räckvidd ljus. Syftet med detta protokoll är att specificera en beprövad metod för beredning av plasmonisk nanopartikelprover och utföra enstaka partikelspektroskopi på dem med DIC mikroskopi. Flera viktiga steg måste följas noggrant för att utföra repeterbara spektroskopi experiment. Först kan landmärken etsas i provet substrat, som hjälper till att lokalisera provet ytan och spåra regionen av intresse under experiment. Därefter måste underlaget rengöras ordentligt av skräp och föroreningar som annars kan hindra eller dunkla undersökning av provet. När ett prov är ordentligt för berett, måste den optiska vägen i Mikroskop justeras, med Kohler belysning. Med en standard nomarski stil dic Mikroskop, rotation av provet kan vara nödvändigt, särskilt när plasmoniska nanopartiklar uppvisar orientering-beroende optiska egenskaper. Eftersom dic mikroskopi har två inneboende ortogonala polarisation fält, våglängd-beroende dic kontrast mönster avslöjar inriktningen av stavformade plasmoniska nanopartiklar. Slutligen måste data insamling och data analyser utföras noggrant. Det är vanligt att representera DIC-baserade spektroskopi data som ett kontrast värde, men det är också möjligt att presentera den som intensitet data. I denna demonstration av DIC för singelpartikelspektroskopi ligger fokus på sfäriska och stavformade Guldnanopartiklar.

När man arbetar med prover som är tillräckligt stora för att synas med blotta ögat, är det normalt inte nödvändigt att placera landmärken på glas underlaget. Men när du arbetar med nanomaterial eller när rotation av provet krävs, kan landmärken ge en enkel metod för att lokalisera, skilja och spåra inriktningen av provet. Även om mer sofistikerade tekniker kan utnyttjas för att lämna landmärken på glas substrat17, skrapa glaset med en ritsning ...

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 detta protokoll är att specificera en beprövad metod för beredning av plasmonisk nanopartikelprover och för att utföra enstaka partikelspektroskopi på dem med differential inblandning kontrast (DIC) mikroskopi.

Utföra spektroskopi på Plasmonic nanopartiklar med transmission-baserade Nomarski-typ differential interferens kontrast Microscopy

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

DIC mikroskopi är överlägsen mörkt fält vid bildbehandling plasmoniska nanopartiklar i komplexa miljöer. Men, DIC kräver också större kunskap och skicklighet för att få reproducerbara resultat. DIC-mikroskopi ger både hög lateral upplösning och grunt skärpedjup.Båda dessa egenskaper är oerhört viktiga vid övervakning av nanopartiklar i celler eller i komplexa miljöer. Till att börja med använder du en beskrivande penna för att placera ett grunt och kort repmärke på mitten av varje glasomslag, och rengör sedan glaset enligt beskrivningen i det medföljande textprotokollet. Därefter använder en mikropipette för att ta bort 100 mikroliter av en 05-milligram-per-milliliter guld nanopartikellösning från sin ursprungliga lagringsbehållare, och mata ut lösningen i en 1,5-milliliter centrifugeringsrör.Centrifugera provet i 10 minuter vid 6, 000 gånger gravitation. När du är klar, ta bort supernatanten med en mikropipette för att bli av med överskottet av surfaktant från nanopartikellösningen. Därefter lägger du till 100 mikroliter ultra-rent vatten till centrifugröret.Kort virvel provet att bryta upp pelleten, och sedan sonikera det i 20 minuter omedelbart efteråt för att helt återanvända nanopartikel aggregat. Med hjälp av en mikropipette, dropcast sex mikroliter av nanopartikellösning på den rengjorda och repade glas coverslip. Vänd sedan försiktigt överdrag och placera den ovanpå en andra större bit mikroskopglas.Droppen ska snabbt spridas ut jämnt mellan de två glasbitarna. Var noga med att undvika att få luftbubblor fångade mellan de två glasbitarna. Använd en smal linje av nagellack för att täta av kanterna på täcket för att förhindra avdunstning av vätskan.Placera provet på mikroskopet scenen, och anpassa objektiv och kondensor av mikroskopet. Justera fokus för att hitta fokalplanet med provet på det och lokalisera repmärket som skapats tidigare. Fokusera på den och finjustera fokus tills nanopartiklarna kommer i sikte.För att bestämma den exakta placeringen av kondensorn, utnyttja Kohler belysningsmetod genom att börja med 20x objektiv, och sedan flytta till höga förstoringar såsom 80 eller 100x. Därefter väljer du en region av intresse inom provet för avbildning. Centrera regionen i kamerans synfält och justera fokus vid behov.Om mikroskopet har de Senarmont design, börja med polarisationsfiltret som nära maximal bakgrundsutrotning och gradvis rotera polarisationsfiltret mot minskande bakgrundsutrotning. Bakgrundsintensiteten kommer gradvis att öka. Den idealiska inställningen uppnås när nanopartiklarna når sin största intensitetsskillnad jämfört med det lokala bakgrundsgenomsnittet.För plasmoniska nanopartiklar uppnås vanligtvis största kontrasten med en relativt mörk bakgrund vid eller nära den maximala bakgrundsutrotningen. Stäng av rumsbelysningen för att förhindra att den förirrade belysningen interagerar med processen. Sätts på plats en 10-nanometer full bredd vid halv-maximal band-pass filter med sin centrala våglängd co-beläget med de viktigaste lokaliserade ytan plasmon resonans våglängd för att visa den region av intresse.Därefter justerar du lampans intensitet eller exponeringstid tills bakgrundsnivån är på 5%till 40%av kamerans maximala kapacitetsnivå. Inga objekt inom den region av intresse bör uppvisar signalintensiteter som överstiger 90%av kamerans maximala intensitetsnivå. Avbilda provet med en serie bandpassfilter som var och en har full bredd på halv högst 10 nanometer, och som som helhet möjliggör avbildning över hela våglängdsintervallet av intresse.Se till att bakgrundsintensiteten i bilderna förblir inom 5 %av varandra genom att justera exponeringstiden och inte lampans effekt. Efter att ha bytt filter, fokusera om provet innan du fångar bilder. Spara bilderna som okomprimerade TIFF-filer och/eller i programvarans inhemska filformat för att kunna bevara all relevant information.För att påbörja analys, öppna bilden med ImageJ. Använd rektangelverktyget för att rita en rektangel runt huvudregionen av intresse. Sedan i verktygsfältet väljer du bild, går till zoom och väljer till markering.Bildfönstret kommer att zooma in på det markerade området. Därefter väljer du bild, går till justera och väljer ljusstyrka/ kontrast. Om du vill förbättra vy för exempelregionen justerar du bildens minimum, maximum, brightness och contrast.Dessa justeringar ändrar inte de vetenskapliga uppgifterna, de möjliggör endast bättre synlighet för urvalsregionen. Nu, använd rektangeln verktyget igen och rita en låda runt den första nanopartikeln som skall mätas. Lådan bör endast vara något större än nanopartikelns luftiga skiva.När du har valt, gå att analysera, och välj mått. Ett nytt fönster visas som rapporterar minsta, högsta och genomsnittliga intensiteter för pixlarna som finns inuti den markerade rutan. Behålla den ursprungliga storleken på rutan, dra rutan till ett område omedelbart intill partikel där bakgrunden kontrasten är relativt jämn, och inga partiklar eller föroreningar är närvarande.Använd måttverktyget igen för att bestämma medelintensiteten för bakgrundsområdet. Upprepa denna process för varje partikel i alla bilder i serien. Exportera sedan data till ett kalkylblad för att beräkna kontrasten eller intensiteten för varje partikel över alla våglängder och vinklar.Ange i följande ekvation för att beräkna varje partikels kontrast. Slutligen, graf den spektrala profilen vid en given nanopartikelposition genom att rita data med våglängden längs X-axeln och kontrasten eller intensiteten längs Y-axeln. För att bestämma den optimala bildframställningsinställningen, var dessa guld nanospheres avbildas vid flera polarisator inställningar.Vid noll grader, partiklarna verkar mestadels vit med en mörk rand som löper över deras midsection. Detta är ett tecken på korspolarisering för nanosfärprover. När polarisationsfiltret roteras till olika vinklar kastar partiklarna mörka skuggor mot ett hörn.Partikelkontrastvärdena ändras dock dramatiskt. För detta prov är den optimala bildinställningen med en polarisatorförskjutning på 10 grader. Här är våglängden plottad mot kontrast av guld nanosfärer.Varje datapunkt representerar i genomsnitt 20 nanosfärer för varje partikeldiameter. Toppkontrasten för varje partikel skiftar något beroende på dess storlek. Intensiteten och rotationen är ännu viktigare med anisotropa former som denna guld nanorod.Här är våglängden plottad mot intensitet vid två olika polarisationsfilterinställningar. I varje fall är den ljusa sidans intensitet mycket starkare än den mörka sidans. Intensiteten profilen för en enda guld nanorod på sin lokaliserade yta plasmon resonans våglängd under rotation av scenen visar en stor intensitet skillnad mellan de mörka och ljusa sidor som provet roteras genom 180 grader.Provavbildning är oerhört viktigt. Det kräver både flit och tålamod hos mikroskopern. Om du utför ett experiment som kräver reimaging provet under en serie dagar, då landmärken som skrapmärken är avgörande för att flytta din region av intresse.DIC-mikroskopi växer i intresse av forskare som studerar nanopartiklar, särskilt i dynamiska och cellulära miljöer. Eftersom DIC erbjuder optimal rumslig upplösning, särskilt i komplexa provtagning miljöer.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Mall Riktad Syntes av plasmoniska Gold Nanorör med Avstämbara 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

Syntes av Immunotargeted Magneto-plasmoniska nanokluster

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

Foto Oxidativ Tillväxt av iridiumoxid Nanopartiklar på CdSe @ CdS nanostavar

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

Vätska-cell transmissionselektronmikroskopi för spårning självmontering av nanopartiklar

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

Sondera strukturen och dynamiken i gränsskiktspänning vatten med Scanning Tunneling mikroskopi och 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-detektion av urinsyra via bildning av exakta plasmoniska nanojunktioner inom aggregat av guldnanopartiklar och 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

Beredning av silver-palladiumlegerade nanopartiklar för plasmonisk katalys under synlig ljusbelysning

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 mikroskopi kombinerat med infraröd spektroskopi som verktyg för att sondera en bakteriekemi

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

Studera effekterna av temperaturen på nanopartiklarnas nukleation och tillväxt genom vätskecellsöverföringselektronmikroskopi

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

Syntes av metallnanopartiklar som stöds på kolnanorör med dopade Co- och N-atomer och dess katalytiska tillämpningar inom väteproduktion

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