Vorremmo anche ringraziare Xiaoyu Miao e Ben Wilson per lo sviluppo della maggior parte dei metodi descritti all&#39;interno. Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation (DBI 0454324) e l&#39;Istituto Nazionale della Salute (R21 EB005183) e da PHS NRSA T32 GM07270 da NIGMS a ECK.

1. Array casuale Au Fabrication nanoparticelle 8,10,12,14 <ol><li> L&#39;array nanoparticelle Au è formata creando prima un modello che è fatto di un denso strato di lattice in modo casuale assorbito sfere con diametro medio di 454 nm. Questo risultato è ottenuto dal primo oro evaporazione su un vetrino di vetro per uno spessore di 20 nm usando cromo come il livello di adesione. </li><li> Il monostrato sfera di polistirolo è poi auto-assemblati esponendo l&#39;oro rivestite substrato ad una miscela di 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) carbodiimmide cloridrato (EDC), la sospensione sfera lattice e acqua deionizzata. </li><li> Il processo di adsorbimento è consentito a durare per circa un&#39;ora e non assorbita sfere vengono lavate via con abbondante acqua. </li><li> Il monostrato formato è lasciati asciugare all&#39;aria. </li><li> Infine, un altro 20 nm di oro è evaporato in monostrato sfera di lattice per formare la serie casuale nanoparticelle d&#39;oro. </li><li> Se un SEM è disponibile, l&#39;array AuNP può essere visto sotto il SEM a guardare come figura 1 e un diagramma del processo è mostrato in figura 8. </li></ol> 2. Preparazione del campione biologico 9,11 <ol><li> Preparazione dei campioni per i nuclei del mouse ottico cattura cella è ora mostrato. </li><li> 3T3 nuclei delle cellule del mouse taggati con acridina arancio colorante sono stati ottenuti dal gruppo Tewari presso il Fred Hutchinson Cancer Research Center. </li><li> 10% di albumina di siero bovino (BSA) in tampone fosfato (PBS) si aggiunge ai nuclei delle cellule del mouse in una concentrazione di circa 1: 10 (BSA: Cell Nuclei mouse). La BSA aiuta a prevenire i nuclei di attaccarsi al substrato. </li><li> Mescolare la soluzione utilizzando sonicazione. </li><li> 5 ul della nostra soluzione si deposita sul vetrino serie alluminio grata. E &#39;preferibile eseguire questo passaggio con la grata di alluminio sul palco microscopio in modo che non c&#39;è bisogno di trasporto del campione dopo la soluzione è depositato. </li><li> Due pile di due 1 &quot;1&quot; coprioggetto vengono utilizzati per supportare un coprioggetto quinte attraverso il quale è visto il campione. </li><li> Posizionare il campione al microscopio per la visualizzazione. </li></ol> 3. Metodo di trapping <ol><li> Le pinzette ottiche sono costruite inviando un 35 mW laser elio neon attraverso un Axio Imager.D1M Zeiss dotata di un set di 17 GFP filtro che viene modificato per consentire la radiazione laser 633 nm per raggiungere il campione. </li><li> Un Zeiss LD CE Epiplan - Neofluar obiettivo 50x è usato per l&#39;immagine del nucleo delle cellule, che sono circa 5 micron di diametro. </li><li> Dopo che il campione è posto sotto l&#39;obiettivo, l&#39;attenzione al microscopio sulla matrice nanoparticelle d&#39;oro o reticolo di diffrazione. </li><li> Traduci microscopio verticalmente fino a fuoco l&#39;immagine sui nuclei che si desidera trappola. </li><li> Laser posto sulla posizione trappola particella e la particella dovrebbe mantenere la sua posizione nel punto laser anche quando il palco è tradotto. </li></ol> 4. Rappresentante dei risultati: Il caso delle nanoparticelle d&#39;oro procedure di serie dovrebbe depositare un monostrato di AuNP che può essere visto sotto un SEM ad assomigliare Figura 1. La forza di cattura creato da questi pinzette plasmoniche possono essere 10-20 volte la forza generata dalla norma pinzette ottiche. L&#39;intensità minimo richiesto dalla pinzetta plasmoniche per raggiungere confinamento delle particelle sono mostrate per particelle di diverse dimensioni in Figura 4. 9,10 Il reticolo di diffrazione ottenuto l&#39;allineamento e la cattura di 20 volte maggiore efficienza rispetto alla cattura nanodots oro e potrebbe raggiungere cattura con il poco a 17 uW / um 2 (Figura 7) 11. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> Figura 1 10 (a) Micrografia SEM della auto-assemblati nanoparticelle di oro. Il diametro delle nanoparticelle d&#39;oro individuale è di circa 450 nm. (B) immagine NSOM del substrato plasmoniche dove la distribuzione delle nanoparticelle è scarsa, dimostrando la quasi-campo di radiazione. La lunghezza d&#39;onda del laser eccitazione è 633 nm. (C) vista Alto ingrandimento: la zona contrassegnata con il quadrato rosso in (b). (D) efficienza dello spettro Scattering del substrato plasmoniche, che mostra il picco a 624 nm. (E) efficienza dello spettro di assorbimento del substrato plasmoniche, che mostra il picco a 668 nm. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> Figura 2 13 (a) Au nanosfere distribuiti casualmente su un dominio 2D 1 x 1 micron 2. Ogni puntino blu rappresentano il centro del nanosfere (a = 60 nm). Distribuzioni di campo dispersione su piani di osservazione che sono parallele alla matrice casuale nanosfere sono mostrati in (b) - (e). L&#39;array nanosfere è uniformemente illuminato da un&#39;onda piana alla lunghezza d&#39;onda di 540 nm. L&#39;indice di rifrazione del mezzo circostante è 1,33. La poladirezione rizzazione dei punti d&#39;onda il piano lungo l&#39;asse X (orizzontale in (a)). L&#39;ampiezza del campo elettrico incidente è considerato uguale a 1 nel calcolo. La separazione tra il piano di osservazione e l&#39;array è definito come nanosfere h. b) h = a. c) h = 2 bis. d), h = λ. e), h = 2λ. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> Figura 3 9 Schema di configurazione personalizzata microscopio a fluorescenza tra cui un filtro di eccitazione bypassato e una dicroica sostituito beam-splitter. Questa è la configurazione utilizzata per la cattura simultanea e imaging di fluorescenza. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> Figura 4 10 L&#39;intensità del laser minima per mantenere la trappola in funzione della portata del fluido circostante utilizzando cattura plasmoniche. Tutte le intensità ottica sono misurati sul piano di campionamento nell&#39;ambito dell&#39;obiettivo microscopio. (A) - (f), mostrano i risultati di misura per perle di polistirene singolo con diametro 7.3, 6.3 (non sferica), 5,0, 3,9, 2,5 e 1,1 micron, rispettivamente. I riquadri mostrano le immagini corrispondenti di particelle microscopiche. Le barre di scala in tutte le immagini rappresentano il 5 micron di lunghezza. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> Figura 5 10 La pendenza della retta con origine in fig. 4 rispetto alle dimensioni delle particelle per la cattura plasmoniche. Le barre di errore mostrano le deviazioni standard del adatta lineare. La pendenza della retta (rapporto tra la soglia di intensità ottica e portata) in fig. 4 ha una relazione approssimativamente lineare con la dimensione delle particelle, come mostrato in questa figura, indicando il vantaggio di cattura plasmoniche soprattutto per le particelle più piccole. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> Figura 6 11 (a) Schema del intrappolamento ottico potenziato utilizzando nanostrutture periodici 1-D. Il fascio incidente è diffratto dalla nanostruttura periodici a campo lontano. (B) La distribuzione dell&#39;intensità della luce con due polarizzazioni ortogonali nanostruttura in campo lontano. (B) La distribuzione dell&#39;intensità della luce con due polarizzazioni ortogonali alla superficie di un reticolo di alluminio con un periodo di 417 nm ottenuti utilizzando simulazioni FDTD. La distribuzione è normalizzata sulla intensità su una superficie piatta in alluminio. (C) e (d) potenziale cattura per particelle direttamente sopra la superficie del reticolo rispetto a posizione della particella per (c) un polistirolo 350 nm tallone e (d) un polistirolo 1 micron tallone. I cerchi bianchi illustrano le dimensioni delle particelle. Riquadri mostrano il potenziale cattura di sopra di una superficie piatta in alluminio per la dimensione delle particelle stesse confronti. I valori sono normalizzati per ogni dimensione delle particelle. Per tutte le figure di simulazione FDTD il campo visivo è di 10 x 8 micron 2. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> Figura 7 11 (a) l&#39;efficienza e l&#39;intensità Trappola cattura minima misurata per perle di polistirolo di varie dimensioni, con polarizzazione del fascio perpendicolare alle linee di griglia. Inserto trappola mostra asimmetria in termini di efficienza di cattura per tradurre una perpendicolare 3,87 um polistirolo tallone e in parallelo alle regole della griglia. La linea continua (grande asimmetria) è ottenuta con luce polarizzata incidente perpendicolarmente alla grata, e la linea trattino (piccola asimmetria) è ottenuta con luce polarizzata incidente parallelo al reticolo. L&#39;unità è in (pN [mW / micron 2] -1). (B) - (d) dimostrazione cattura di una fluorescente 590 nm perline di polistirene. Il cerchio rosso indica la posizione del punto laser come la luce del laser era troppo debole per essere visto. In un primo momento la particella è intrappolata all&#39;interno del punto di maggiore potenza, come il potere si abbassa il moto browniano della particella supera la forza cattura, permettendo la particella di scappare. (E) - (g) dimostrazione cattura di un nucleo cellulare fluorescente cancro ovarico. L&#39;intensità minima necessaria per avviare cattura di 16 μW / micron 2, ottenuti utilizzando un obiettivo 20x. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> Figura 8 14 procedimento di fabbricazione del tappo a forma di nanoparticelle d&#39;oro: a) evaporazione dello strato di Cr e Au sottili sul vetro coprioggetti. b) L&#39;esposizione alla sospensione sfera di polistirolo e di adsorbimento di sfere per 1 ora. c) eliminazione delle materie non adsorbito sfere di polistirolo e l&#39;asciugatura della superficie. d) evaporazione di un altro strato di Au sulla parte superiore delle sfere modello. e) Schema del tappo a forma di array di nanoparticelle Au, dove Au copre solo la parte superiore delle sfere modello.

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	<li>Jones, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electromechanics of Particles. , (1995).</li><li>Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+and+manipulation+of+neutral+particles+using+lasers.">Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 4853-4853 (1997).</li><li>Neuman, K. C., Chadd, E. H., Liou, G. F., Bergman, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+photodamage+to+Escherichia+coli+in+optical+traps.">Characterization of photodamage to Escherichia coli in optical traps.</a> Biophys. J. 77, 2856-2856 (1999).</li><li>Chiou, P. C., Ohta, A. T., Wu, M. 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J., Garcia de Abajo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quidant+Nano-optical+Trapping+of+Rayleigh+Particles+Escherichia+coli+Bacteria+with+Resonant+Optical+Antennas.">Quidant Nano-optical Trapping of Rayleigh Particles Escherichia coli Bacteria with Resonant Optical Antennas.</a> Nano Letters. 9, 3387-3391 (2009).</li><li>Righini, M., Zelenina, A. S., Girard, C., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+and+Selective+Trapping+in+a+Patterned+Plasmonic+Landscape.">Parallel and Selective Trapping in a Patterned Plasmonic Landscape.</a> Nature Physics. 3, 477-480 (2007).</li><li>Miao, X., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+dielectrophoresis+force+and+torque+induced+by+localized+surface+plasmon+resonance+of+a+cap-shaped+Au+nanoparticle+array.">Large dielectrophoresis force and torque induced by localized surface plasmon resonance of a cap-shaped Au nanoparticle array.</a> Opt. Lett. 32, 295-297 (2007).</li><li>Wilson, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Manipulation of Nanoparticles and Biological Samples through Enhanced Optical Forces [dissertation]. , (2009).</li><li>Miao, X. Y., Wilson, B. K., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+manipulation+of+micron/submicron+sized+particles+and+biomolecules+through+plasmonics.">Optical manipulation of micron/submicron sized particles and biomolecules through plasmonics.</a> Optics Exp. 16, 13517-13525 (2008).</li><li>Wilson, B. K., Mentele, T., Bachar, S., Knouf, E., Bendoraite, A., Tewari, M., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructure-enhanced+laser+tweezers+for+efficient+trapping+and+alignment+of+particles.">Nanostructure-enhanced laser tweezers for efficient trapping and alignment of particles.</a> Optics. Exp. 18, 16005-16013 (2010).</li><li>Miao, X., Wilson, B. K., Cao, G., Pun, S. H., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+Rotation+of+Nanowires+Assisted+by+Surface+Plasmons.">Trapping and Rotation of Nanowires Assisted by Surface Plasmons.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 15, 1515-1520 (2009).</li><li>Miao, X. Y., Lin, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+manipulation+of+biological+particles+through+a+plasmonic+platform.">Trapping and manipulation of biological particles through a plasmonic platform.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 13, 1655-1662 (2007).</li><li>Miao, X. <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 for Micro/Nano Manipulation and Optofluidics [dissertation]. , (2008).</li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il significato di questi metodi di cattura è che diminuire l&#39;intensità ottica necessaria per la cattura sostenuta da qualche parte dell&#39;ordine di 10 3 μW / 2 micron a qualche parte dell&#39;ordine di 10 μW / micron 2. 10,11 I limiti su queste tecniche sono che la matrice di nanoparticelle d&#39;oro esperienze problemi di riscaldamento che deve essere superato. Per ovviare a questo problema, una struttura a cristallo fotonico 2D che è composto di un materiale dielettrico può...

<table border="1"><tr><td> Nome del materiale </td><td> Tipo </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commento </td></tr><tr><td> Axio Imager Microscopio </td><td> D1M </td><td> Zeiss </td><td> D1M </td><td> Zeiss Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> Obiettivo microscopio </td><td> 50x/0.55 </td><td> Zeiss </td><td></td><td> LD CE Epiplan - Neofluar 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> Microscopio Zeiss Camera </td><td> AxioCam MRC </td><td> Zeiss </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Elio neon Laser </td><td> 35 mW </td><td> Ricerca Electro-Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Attenuatore variabile </td><td> ND variazione continua </td><td> Thorlabs </td><td> NDC-100C-4M </td><td> Per regolare l&#39;intensità microscopio </td></tr><tr><td> Zeiss filtro Set </td><td> Filtro Set # 17 </td><td> Zeiss </td><td> 488017-9901-000 </td><td> Filtro Set # 17 </td></tr><tr><td> Microscopio diapositive </td><td> 0,5 millimetri di spessore </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 topo nuclei cellulari </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td> Conservare freddo come possibile </td></tr><tr><td> Acridina arancio colorante </td><td></td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> Albumina di siero bovino </td><td> 1-10 razione in PBS </td><td colspan="2"> Fred Hutchinson Cancer Research Center </td><td></td></tr><tr><td> 454 nm polistirolo sfere in lattice </td><td></td><td> Polysciences, Inc. </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimmide cloridrato (EDC) </td><td> 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) </td><td> G-Biosciences </td><td> BC25-1 </td><td></td></tr><tr><td> oro (per la deposizione) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Riflettente reticolo di diffrazione governato </td><td></td><td> Edmund Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Soluzione tampone fosfato (PBS) </td><td> Fosfato-Buffered Saline Dulbecco (D-PBS) (1X) </td><td> Invitrogen </td><td> 14190-144 </td><td></td></tr></table>

utilization of plasmonic and photonic crystal nanostructures for enhanced micro- and nanoparticle manipulation

Un metodo per manipolare la posizione e l&#39;orientamento delle particelle inferiori al micron non distruttivo sarebbe uno strumento incredibilmente utile per la ricerca biologica di base. Forse la forza più utilizzato per raggiungere la manipolazione fisica non invasiva di piccole particelle è stato dielettroforesi (DEP). 1 Tuttavia, DEP da sola non ha la versatilità e la precisione che si desidera quando manipolare le cellule in quanto è tradizionalmente fatto con elettrodi fissi. Pinzette ottiche, che utilizzano un tridimensionale gradiente di campo elettromagnetico a esercitano delle forze sulle piccole particelle, ottenere questa versatilità e precisione desiderata. 2 Tuttavia, un grave inconveniente di questo approccio è l&#39;intensità della radiazione di alta richiesti per raggiungere la forza necessaria per intrappolare una particella che possono danneggiare i campioni biologici 3 Una soluzione che permette di cattura e di smistamento con minore intensità ottici sono optoelettronici pinzette (OET) ma OET hanno limitazioni con la manipolazione multa di piccole particelle;.. essere DEP tecnologia basata mette anche vincolo sulla proprietà della soluzione 4 , 5 Questo articolo video descrivono due metodi che diminuire l&#39;intensità della radiazione necessaria per manipolazione ottica di cellule viventi e anche descrivere un metodo per il controllo di orientamento. Il primo metodo è pinzette plasmoniche che utilizzano un casuale nanoparticelle d&#39;oro (AuNP) array come substrato per il campione, come mostrato nella Figura 1. L&#39;array AuNP converte i fotoni incidenti in plasmoni di superficie localizzata (LSP) che consistono in risonanza momenti di dipolo che irradia e generare un campo di radiazione fantasia con un gradiente di grandi dimensioni nella soluzione delle cellule. Il lavoro iniziale sulla cattura plasmonica di superficie maggiore di Righini et al modeling e la nostra stessa hanno mostrato i campi generati dal substrato plasmoniche ridurre l&#39;intensità iniziale necessario, migliorando il gradiente di campo che intrappola le particelle. 6,7,8 L&#39;approccio plasmoniche permette di multa controllo l&#39;orientamento delle particelle ellissoidali e cellule con una bassa intensità ottico a causa di una conversione più efficiente l&#39;energia ottica in energia meccanica e un dipolo dipendente dal campo di radiazione. Questi campi sono mostrati in figura 2 e la cattura a bassa intensità sono dettagliati nelle figure 4 e 5. I principali problemi con le pinzette plasmoniche sono che il LSP&#39;s generano una considerevole quantità di calore e la cattura è solo bidimensionale. Questo calore genera flussi convettivi e thermophoresis che può essere abbastanza potente da espellere particelle inferiori al micron dalla trappola. 9,10 Il secondo approccio che descriveremo è l&#39;utilizzo di nanostrutture dielettrico periodici per diffondere la luce incidente in modo molto efficiente nelle modalità di diffrazione, come mostrato in figura 6 11. Idealmente, si potrebbe rendere questa struttura di un materiale dielettrico per evitare i problemi di riscaldamento stessa esperienza con la plasmoniche le pinzette, ma nel nostro approccio di alluminio rivestita reticolo di diffrazione viene utilizzato come unidimensionale nanostruttura dielettrica periodica. Anche se non è un semiconduttore, non ha subito un riscaldamento significativo ed efficace intrappolato piccole particelle con intensità di cattura basso, come mostrato in figura 7. L&#39;allineamento delle particelle con il substrato grata convalida concettualmente l&#39;idea che un 2-D cristalli fotonici potrebbe consentire la rotazione precisa di non sferiche micron di dimensioni. 10 L&#39;efficienza di queste trappole ottiche sono aumentati a causa della maggiore campi prodotti dalle nanostrutture descritto nella questo documento.

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Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

Pinzette plasmoniche e nanostrutture a cristalli fotonici sono mostrati utili per produrre miglioramenti nel controllo efficienza e l&#39;orientamento ottico cattura micro-e nano-particelle.

L&#39;utilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per Enhanced manipolazione micro e nanoparticelle

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

utilization-plasmonic-photonic-crystal-nanostructures-for-enhanced

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.2K Views.  University of Washington. Pinzette plasmoniche e nanostrutture a cristalli fotonici sono mostrati utili per produrre miglioramenti nel controllo efficienza e l'orientamento ottico cattura micro-e nano-particelle.

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Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Valutare plasmoniche Trasporti in Current-carrying Argento Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Ricerca

Ingegneria

Synthesis of 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 including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Sintesi di Immunotargeted magneto-plasmonica nanocluster

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

Chimica

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Fabbricazione e funzionamento di un nano-ottica Nastro trasportatore

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Misura di Scattering non linearità da un nanoparticelle plasmoniche singolo

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Multifunzionale ibrida Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au Nanoparticelle per un efficiente riscaldamento plasmoniche

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Colloidale Sintesi di Nanopatch Antenne per applicazioni in Plasmonics e nanofotonica

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonico cattura e rilascio di nanoparticelle in un ambiente di monitoraggio

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

Fabbricazione di matrici Nanocup oro periodica mediante Litografia colloidale

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

Fotodeposizione di Pd su Colloidal Au Nanorods di Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

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

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular transformations. This opens possibilities for the use of visible or near-IR light as a sustainable input to drive and control reactions when plasmonic nanoparticles supporting LSPR excitation in these ranges are employed as catalysts. Unfortunately, this is not the case for several catalytic metals such as palladium (Pd). One strategy to overcome this limitation is to employ bimetallic NPs containing plasmonic and catalytic metals. In this case, the LSPR excitation in the plasmonic metal can contribute to accelerate and control transformations driven by the catalytic component. The method reported herein focuses on the synthesis of bimetallic silver-palladium (Ag-Pd) NPs supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2) that acts as a plasmonic-catalytic system. The NPs were prepared by co-impregnation of corresponding metal precursors on the ZrO2 support followed by simultaneous reduction leading to the formation of bimetallic NPs directly on the ZrO2 support. The Ag-Pd/ZrO2 NPs were then used as plasmonic catalysts for the reduction of nitrobenzene under 425 nm illumination by LED lamps. Using gas chromatography (GC), the conversion and selectivity of the reduction reaction under the dark and light irradiation conditions can be monitored, demonstrating the enhanced catalytic performance and control over selectivity under LSPR excitation after alloying non-plasmonic Pd with plasmonic metal Ag. This technique can be adapted to a wide range of molecular transformations and NPs compositions, making it useful for the characterization of the plasmonic catalytic activity of different types of catalysis in terms of conversion and selectivity.

Presented here is a protocol for the synthesis of silver-palladium (Ag-Pd) alloy nanoparticles (NPs) supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). This system allows for harvesting energy from visible light irradiation to accelerate and control molecular transformations. This is illustrated by nitrobenzene reduction under light irradiation catalyzed by Ag-Pd/ZrO2 NPs.

L'utilizzo di nanostrutture di cristallo plasmoniche e fotonici per Enhanced manipolazione micro e nanoparticelle

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