우리는 또한 시간 설명한 방법의 대부분을 개발하기 위해 샤오유 미아오와 벤 윌슨 감사하고 싶습니다. 이 작품은 국립 과학 재단 (DBI 0,454,324) 및 보건 국립 연구소 (R21 EB005183)와 ECK에 NIGMS에서 PHS NRSA T32 GM07270에 의해 투자되었다.

1. 임의의 Au Nanoparticle의 어레이 제작 8,10,12,14 <ol><li> 의 Au nanoparticle의 배열이 처음 454 nm의 직경의 의미 무작위 adsorbed 라텍스 분야의 고밀도 레이어 만든 템플릿을 생성하여 형성됩니다. 이것은 점착 층으로 크롬을 사용하여 20 nm의 두께의 유리 coverslip 첫 증발 금에 의해 이루어진다. </li><li> 폴리스티렌 구체를 monolayer 다음의 혼합물에 골드 코팅 기판을 노출하여 자체 조립은 1 - 에​​틸 -3 - (3 - 디메틸 아미노) carbodiimide 하이드로 클로라이드 (EDC), 라텍스 영역 서스펜션 및 취소 이온화 물. </li><li> 흡착 과정은 1 시간 정도 지난 수 있으며 이외의 흡수 분야는 물이 풍부한 양의 씻겨 있습니다. </li><li> 형성 monolayer는 건조 공기를 허용됩니다. </li><li> 마지막으로, 황금의 20 nm의은 임의 금 nanoparticle 배열을 형성하는 라텍스 영역의 monolayer에 증발됩니다. </li><li> SEM을 사용할 경우, AuNP 배열은 그림 1과 프로세스의 다이어그램은 그림 8에 표시됩니다처럼 보이게하기 위해 SEM 아래에서 볼 수 있습니다. </li></ol> 2. 생물 학적 샘플 준비 9,11 <ol><li> 광학 트래핑 마우스 세포 핵에 대한 샘플 준비가 이제 표시됩니다. </li><li> Acridine 오렌지 염료와 태그 3T3 마우스 세포 핵은 프레드 허치슨 암 연구 센터에서 Tewari 그룹에서 얻은되었습니다. </li><li> 10 (BSA : 마우스 세포 핵) 10 % 정도가 혈청 알부민 (BSA) 인산의이 식염수 (PBS)를 버퍼 소의는 약 1의 농도로 마우스 세포 핵에 추가됩니다. BSA는 기판에 고집에서 핵을 막는 데 도움이됩니다. </li><li> sonication을 사용하여 솔루션을 섞는다. </li><li> 우리 솔루션의 5 UL은 알루미늄 격자 배열 coverslip에 입금됩니다. 솔루션 입금 후 당신이 샘플을 수송하지 않도록 이것은 현미경 무대에 알루미늄 격자로이 단계를 수행하는 것이 좋습니다. </li><li> coverslips &quot;1&quot;두 1 두 스택은 샘플이 많이되는 통하여 오분의 일 coverslip을 지원하는 데 사용됩니다. </li><li> 볼 수있는 현미경 샘플을 위치. </li></ol> 3. 트래핑을위한 방법 <ol><li> 광학 핀셋은 633 NM 레이저 방사가 시료에 도달하는 수 있도록 수정 GFP 17 필터 설정을 갖춘 자이스 혈구 Axio Imager.D1M을 통해 35 MW 헬륨 네온 레이저를 전송하여 건설하고 있습니다. </li><li> 자이스 혈구 LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x의 목적은 이미지의 직경이 약 5 미크론의 세포 핵을하는 데 사용됩니다. </li><li> 샘플이 목적에 따라 배치되면 황금 nanoparticle 배열이나 회절 격자의 현미경을 중점을두고 있습니다. </li><li> 초점이 트랩에 원하는 핵에 달성 때까지 수직 현미경을 번역. </li><li> 입자와 입자를 통해 위치 레이저 트랩 지점 다음 무대가 번역도 레이저 스폿의 위치를​​ 유지한다. </li></ol> 4. 대표 결과 : 무작위 골드 nanoparticle 배열 절차는 그림 1처럼 보이게하기 위해 SEM에 따라 볼 수 있습니다 AuNP의 monolayer를 입금해야합니다. 이러한 plasmonic 핀셋으로 만들어 트래핑 힘을 평균의 10 배에서 20 배를 표준 광학 핀셋에 의해 생성되는 강제 수 있습니다. 입자 감금을 달성하기 plasmonic 핀셋에 필요한 최소 농도는 그림 4에서 다양한 크기의 입자에 대해 표시됩니다. 9,10 회절 격자는 골드 nanodots보다 20 배 이상 트래핑 효율적으로 정렬하고 트래핑을 달성하고 거의 마찬가지로 트래핑 얻을 수있는 17 uW / 음 ... 2 (그림 7). 11로 <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig1.jpg" /> 그림 1 10 자기 조립 금 nanoparticles의 (A) SEM의 현미경. 개인 금 nanoparticles의 직경은 약 450 nm의 수 있습니다. 가까운 필드 방사선을 보여주 nanoparticle 분포가 희박한있는 plasmonic 기판의 (B) NSOM 이미지. 여기 레이저의 파장은 633 nm의 수 있습니다. (B)에있는 빨간색 사각형으로 표시된 영역 (C) 높은 배율 볼 수 있습니다. 624 NM에서 피크를 보여주는 plasmonic 기판의 (D) 산란 효율 스펙트럼. 668 NM에서 피크를 보여주는 plasmonic 기판의 (E) 흡착 효율 스펙트럼. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig2.jpg" /> 그림 2 13 ()의 Au nanospheres가 임의로 2D 도메인 1 배포 × 1 μm의 2. 각 파란색 점이 nanosphere의 중심 (A = 60 나노미터)를 나타냅니다. 임의 nanosphere 배열에 평행 관측 비행기에 산란 필드 배포판은 (B)로 표시됩니다 - (E). nanosphere 배열이 균일하게 540 nm의 파장의 비행기 파도에 의해 조명입니다. 주위 매체의 굴절률은 1.33이다. 폴라X - 축 ((A)에서 수평) 함께 비행기 파 포인트 rization 방향. 사건 전기장의 크기는 계산 1로 간주됩니다. 관측 비행기와 nanosphere 배열 사이의 분리는 H.으로 정의됩니다 B) H =. C) H = 2A. D) H = λ. E) H = 2λ. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig3.jpg" /> 무시 여기 필터 및 빔 - 스플리터 대체 이색성 포함한 맞춤형 형광 현미경 구성의 그림 3 9 도식. 이것은 동시 트래핑 및 형광 이미징에 사용되는 구성입니다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig4.jpg" /> 그림 4 10 plasmonic 트래핑을 이용하여 액체를 주변의 유속의 함수로 트랩을 유지하기 위해 최소 레이저 강도. 모든 광학 농도는 현미경 목표 아래 샘플 비행기에서 측정됩니다. (A) - (F) 각각 직경 7.3, 6.3 (비 구형), 5.0, 3.9, 2.5 및 1.1 μm의 단일 폴리스티렌 구슬에 대한 측정 결과를 표시합니다. insets는 입자의 해당 미세한 이미지를 보여줍니다. 모든 이미지의 스케일 바의 길이는 5 μm의를 나타냅니다. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig5.jpg" /> 그림 출처 통해 장착되어 라인 5 10 경사면을 그림. 4 plasmonic 트래핑에 대한 입자 크기 비교. 오차 막대는 선형 맞는의 표준 편차를 보여줍니다. 그림에 장착되어 라인의 기울기 (광 강도 임계값 및 유량 사이의 비율). 4 특히 작은 입자에 대한 plasmonic 트래핑의 이점을 나타내는 본 그림 입자 크기가 약 선형 관계가 있습니다. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig6.jpg" /> 그림 1 - D nanostructures 정기를 이용한 향상된 광학 트래핑 6 11 () 도식 도면. 입사 빔은 지금까지 현장에서 정기 nanostructure에 의해 diffracted 있습니다. 지금까지 현장에서 두 직교 polarizations의 nanostructure과 조명 (B) 강도 분포. (B) FDTD 시뮬레이션을 사용하여 얻은 417 NM 기간과 알루미늄 격자의 표면에 두 직교 polarizations과 빛의 강도 분포. 배포는 평면 알루미늄 표면에 농도로 표준입니다. (C)와 (C) 350 NM의 폴리스티렌 구슬과 구슬 (D) 1 μm의의 폴리스티렌에 대한 직접 입자의 격자 표면 대 위치 이상의 입자 (D) 트래핑 가능성. 흰색 동그라미는 입자의 크기를 보여줍니다. Insets은 비교와 같은 입자 크기에 대한 평면 알루미늄 표면 위의 트래핑 가능성을 보여줍니다. 값은 각각의 입자 크기에 대한 표준입니다. 모든 FDTD 시뮬레이션 수치에 대한보기의 필드는 10 X 8 μm의 2입니다. <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig7.jpg" /> 그림 7 11 격자 라인 빔 편광 직각 다양한 크기의 폴리스티렌 비즈를위한 측정 (A) 트랩 효율 및 최소 트래핑 강도. 삽입 보여줍니다 트랩은 격자의 규칙 3.87 음 ... 폴리스티렌 비드 직각 및 병렬 번역을위한 트래핑 효율성 비대칭성. 실선은 (대형이 비대칭) 격자에 입사 광 편광 직각과 획득이며, 대시 라인 (작은이 비대칭) 격자에 입사 광 편광 병렬로 얻을 수 있습니다. 단위 (PN [MW / μm의 2] -1)입니다. (B) - 형광 590 nm의 폴리스티렌 비드의 (D) 트래핑 데모. 빨간색 동그라미는 레이저 빛이 볼 수 너무 희미로 레이저 스폿의 위치를​​ 나타냅니다. 전원이 입자 트래핑 힘을 극복의 브라운 운동을 저하므로 처음에는 입자는 입자가 탈출 수 있도록, 높은 전력 자리 안에 갇혀있다. (E) - 형광 난소 암 세포 핵의 (G) 트래핑 데모. 트래핑를 시작하는 데 필요한 최소 강도는 16 μW / 20x 목적 렌즈를 사용하여 얻은 μm의 두되었습니다. <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/3390/3390fig8.jpg" /> 유리 coverslip에 죽겠어 및 au 얇은 레이어의) 증발 : 캡 모양의 금 nanoparticles의 8 14 제조 절차를 그림. B) 1 시간 동안 분야의 폴리스티렌 구체 서스펜션 및 흡착에 노출. C) 비 adsorbed 폴리스티렌 분야와 표면 건조 제거. 템플릿 분야의 위에 끊을 또 다른 레이어의 D) 증발. 끊을은 템플릿 분야의 상단 측면을 커버 캡 모양의 Au nanoparticle의 배열의 E) 도식.

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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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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. 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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>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

트래핑 이러한 방법의 의미는 그들이 10 μW / μm의 2의 순서에 10 3 μW / μm의 2 곳으로의 순서에 어딘가에서 지속적인 트래핑에 필요한 광학 강도를 감소한다는 것입니다. 이러한 기술에 10,11 제한 금 nanoparticle 배열이 극복되어야 난방 문제를 경험한다는 점입니다. 이 문제를 극복하기 위해 유전 물질로 구성되어 있습니다 2 차원 광자 결정 구조를 사용할 수 있습니?...

<table border="1"><tr><td> 재료 이름 </td><td> 유형 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 논평 </td></tr><tr><td> Axio 영상기 현미경 </td><td> D1M </td><td> 자이스 혈구 </td><td> D1M </td><td> 자이스 혈구 Axio Imager.D1M </td></tr><tr><td> 현미경 목표 </td><td> 50x/0.55 </td><td> 자이스 혈구 </td><td></td><td> LD EC Epiplan - NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC </td></tr><tr><td> 자이스 혈구 현미경 카메라 </td><td> AxioCam MRC </td><td> 자이스 혈구 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 헬륨 네온 레이저 </td><td> 35 MW </td><td> 연구 전자 광학 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 가변 감쇠기 </td><td> 지속적인 가변 ND </td><td> ThorLabs </td><td> NDC - 100C - 4M </td><td> 현미경 강도를 조절하는 </td></tr><tr><td> 자이스 혈구 필터 설정 </td><td> 필터 세트 # 17 </td><td> 자이스 혈구 </td><td> 488017-9901-000 </td><td> 필터 세트 # 17 </td></tr><tr><td> 현미경 슬라이드 </td><td> 0.5 mm 두께 </td><td> VWR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 3T3 마우스 세포 핵 </td><td></td><td colspan="2"> 프레드 허치슨 암 연구 센터 </td><td> 가능한 한 차가운 스토어 </td></tr><tr><td> Acridine 오렌지 염료 </td><td></td><td colspan="2"> 프레드 허치슨 암 연구 센터 </td><td></td></tr><tr><td> 소 혈청 알부민 </td><td> PBS에서 1-10 배급 </td><td colspan="2"> 프레드 허치슨 암 연구 센터 </td><td></td></tr><tr><td> 454 NM의 폴리스티렌 라텍스 분야 </td><td></td><td> Polysciences 주식 회사 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> carbodiimide 하이드로 클로라이드 (EDC) </td><td> 1 - 에​​틸 -3 - (3 - 디메틸 아미노) </td><td> G - Biosciences </td><td> BC25 - 1 </td><td></td></tr><tr><td> 금 (증착을위한) </td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 반사 지배 회절 격자 </td><td></td><td> 에드먼드 광학 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 인산염은 염분 (PBS)를 버퍼 </td><td> Dulbecco의 인산 버퍼 염분 (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

submicron 입자의 위치와 방향을 조작하는 방법은 nondestructively 기초 생물 학적 연구에 매우 유용한 도구가 될 것입니다. 아마도 작은 입자의 비침 투 조작을 달성하기 위해 가장 널리 사용되는 물리적인 힘 (DEP) dielectrophoresis 왔습니다. 1 단, 자체 DEP는 세포를 조작하면 그것이 전통적으로 고정 전극과 함께 이루어지기 때문에 원하는 수있는 다재 다능한 및 정밀도를 부족합니다. 작은 입자의 힘을 발휘하기 위해 3 차원 전자기 필드 기울기를 활용 광학 핀셋은이 원하는 다목적과 정밀도를 얻을 수 있습니다. 2 단,이 방법의 주요 단점은 입자를 트랩하는 데 필요한 힘을 달성하는 데 필요한 높은 방사선 강도되는 생물 학적 샘플을 손상시킬 수 3 트래핑 낮은 광학 농도와 정렬 가능 솔루션 광전자 핀셋 (OET)하지만 OET의 작은 입자의 미세 조작 제한이되며..되고 DEP 기반 기술은 또한 솔루션의 속성에 제약을두고 사 5 이 동영상이 문서에서는 살아있는 세포의 광학적 조작에 필요한 방사선의 강도를 감소 또한 오리 엔테이션을 제어하는​​ 방법을 설명하는 두 가지 방법을 설명합니다. 첫 번째 방법은 그림 1과 같이 샘플을위한 기판으로 무작위로 금색 nanoparticle (AuNP) 배열을 사용 plasmonic 핀셋입니다. AuNP 배열은 공진 다이폴 순간으로 이루어져화된 표면 plasmons (LSP)로 입사 광자로 변환 방출하고 세포 솔루션에 큰 그라디언트와 패턴 방사선 필드를 생성합니다. Righini 외과 우리 자신의 모델링에 의해 표면 plasmon 향상 트래핑에 초기 작업 트랩 입자. 6,7,8 plasmonic 접근 벌금을 허용하는 plasmonic 기판에 의해 생성된 필드는 그라디언트 필드를 강화하여 필요한 초기 강도를 줄일 수 보였습니다 때문에 기계적 에너지와 쌍극자 - 종속 방사선 분야에보다 효율적인 광학 에너지 변환의 낮은 광학 농도와 ellipsoidal 입자와 세포의 방향을 제어합니다. 이 필드는 그림 2에 표시됩니다 낮은 트래핑의 농도는 그림 4와 5에 대한 자세한 있습니다. plasmonic 핀셋있는 주요 문제 LSP이 열의 상당한을 생성 있다고하고 트래핑은 2 차원이다. 이 열이 트랩에서 submicron 입자를 추방 정도로 강력한 수 있습니다 대류 흐름과 thermophoresis를 생성합니다. 우리가 설명됩니다 9,10 두 번째 접근 방식은 그림 6에서와 같이 회절 모드로 매우 효율적으로 분산형 입사 광에 주기적으로 유전체 nanostructures을 활용합니다 . 11 이상적으로, 하나는 plasmonic 핀셋 경험 같은 난방 문제를 방지하기 위해 유전 물질의 구조를 만들 것입니다하지만 우리 접근법에 알루미늄 코팅 회절 격자는 1 차원 주기적으로 유전체 nanostructure로 사용됩니다. 그것은 반도체 아니지만, 그것은 상당한 가열을 경험하고 효과적으로 그림 7과 같이 낮은 트래핑의 농도와 작은 입자를, 갇힌하지 않았다. 격자 기판과 입자의 정렬은 개념적으로 2 - D 광자 결정이 아닌 구면 미크론 크기의 입자의 정확한 회전을시킬 수있는 제안을 확인합니다. 이러한 광학 트랩의 10 효율성 인해에 설명된 nanostructures 제작한 고급 분야로 증가 아르 본 논문.

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

Plasmonic 핀셋 및 광자 크리스탈 nanostructures는 광학 트래핑 마이크로 및 나노 입자의 효율성과 방향 제어에 유용 향상을 생산하기 위해 표시됩니다.

향상된 마이크로 및 Nanoparticle 조작에 대한 Plasmonic 및 광자 크리스탈 Nanostructures 활용

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

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.2K 조회수.  University of Washington. Plasmonic 핀셋 및 광자 크리스탈 nanostructures는 광학 트래핑 마이크로 및 나노 입자의 효율성과 방향 제어에 유용 향상을 생산하기 위해 표시됩니다.

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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.

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

연구

공학

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.

Immunotargeted의 합성 자기 - 플라즈 모닉 나노 클러스터

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

화학

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.

나노 광학 컨베이어 벨트의 제작 및 운영

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.

단일 플라즈몬 나노 입자에서 비선형 산란 측정

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.

다기능 하이브리드 철<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; 효율적인 플라즈몬 난방을위한 -Au 나노 입자

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.

플라즈몬과 나노 포토닉스의 응용 프로그램에 대한 Nanopatch 안테나의 콜로이드 합성

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.

모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스

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.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

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.

표면 플라스몬 여기에 의해 콜로이드 Au 나노로드에 Pd의 포토포지션

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.

향상된 마이크로 및 Nanoparticle 조작에 대한 Plasmonic 및 광자 크리스탈 Nanostructures 활용

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