This work was supported by the Air Force Office of Scientific Research Young Investigator Research Program (AFOSR, Grant. No. FA9550-15-1-0301).

Cuidado: Vários produtos químicos (tais como ácido nítrico concentrado (15,698 M HNO3) e ácido clorídrico (HCl a 6 M)) usados ​​nestes procedimentos são perigosos. luvas, óculos de proteção e outros equipamentos de segurança deve ser usado. Por favor, consulte as folhas de dados materiais de segurança (MSDS) de todos os produtos químicos antes da utilização. 1. Nanocube Síntese <ol><li> Preparação de reagentes Nota: etileno glicol (EG) deve ser anidro. Feche a tampa do recipiente EG sempre que não é usado para prevenir a absorção de água. Trif luoroacetato de prata (AGC 2 F 3 O 2) é muito sensível à luz, por conseguinte, a solução AgC 2 F 3 O 2 é preparado na última etapa. <ol><li> Preparar uma solução 1,3 mM de hidrogenossulfureto de sódio hidratado (Nash) por dissolução de 1 mg de NaSH em 13,5 ml de EG. </li><li> Preparar a solução de 20 mg / ml de polivinilpirrolidona (PVP), dissolvendo 0,1 g de PVP em 5 ml de EG. </li><li> Prepare HY 3 mMdrochloric solução por mistura de 2,5 mL de uma solução de HCl 6,0 M de líquido com 4.9975 ml de EG. </li><li> Prepare AgC 2 F 3 O 2 solução por dissolução de 0,1 g de AgC 2 F 3 O 2 em 0,8 ml de EG. </li></ol></li><li> configuração de equipamentos <ol><li> Limpar o balão de fundo redondo (RBF) e sua tampa com concentrado (70%, 15,698 M) de ácido nítrico HNO 3. Encha o RBF com HNO 3 e colocar o tampão durante 30 minutos. Assegurar a tampa toca o ácido. </li><li> Depois de HNO3 ácido, limpe o RBF e tampa novamente com o (DI) de água limpa ionizado-de. Use azoto gasoso limpo para secar o RBF e boné depois. O RBF e sua tampa deve estar limpa e seca. </li><li> Limpar uma barra de agitação magnética por imersão em HNO 3 durante 30 min. Depois de HNO 3, limpe-o novamente com água DI e seque com gás nitrogênio limpo. </li><li> Prepare um banho de aquecimento. Colocar num banho de fluido de silicone (como mostrado na Figura 1A)no topo de uma placa de aquecimento com agitação a uma temperatura bem controlada. Usar um termómetro externo para monitorar a temperatura do banho de fluido. Ajustar a temperatura para 150 ° C e a velocidade de agitação para 260 rpm. </li><li> Montar o RBF com uma braçadeira como mostrado na Figura 1B. Colocar a barra de agitação magnética (preparado no passo 1.2.3) no RBF. </li></ol></li><li> procedimento de síntese <ol><li> Mergulhar o RBF para o banho de aquecimento (cerca de 10 mm de profundidade para dentro do líquido; ver Figuras 1A-1B). </li><li> Usar uma micropipeta para colocá-se 10 ml de solução EG no RBF. Coloque a tampa na RBF e esperar por 20 min. O objectivo deste passo é limpar a RBF de novo, desta vez com EG. </li><li> Após 20 minutos, retire a tampa e levante a RBF para fora do banho de aquecimento, despeje a 10 ml de EG em um recipiente adequado. Nota: A solução é EG quente (150 ° C) e é recomendado levar toda a braçadeira para fora (Figura 1B). Certifique-se de thna barra de agitação magnética (veja o passo 1.2.5) não cair. </li><li> Coloque o RBF de volta para o banho de aquecimento (veja o passo 1.3.1). </li><li> Use uma micropipeta para colocar 5 ml de EG na RBF e colocar o tampão. </li><li> Espere por 5 min. </li><li> Aqui tampa do RBF fora, usar uma micropipeta para colocá-60 ul de NaSH (como foi preparada na etapa 1.1.1, supra) para o RBF. Coloque a tampa novamente. </li><li> Esperar por 2 min. </li><li> Aqui o tampão da RBR fora, usar uma micropipeta para colocá 500 ul da solução de HCl (como foi preparada na etapa 1.1.3, supra) para o RBF. </li><li> Imediatamente após a etapa anterior, utilizar uma micropipeta para colocá 1,25 ml da solução de PVP (como foi preparada na etapa 1.1.2, supra) para o RBF. Coloque a tampa novamente. </li><li> Esperar por 2 min. </li><li> Aqui tampa do RBF fora, usar uma micropipeta para colocá 400 ul da solução AgC 2 F 3 O 2 (como foi preparada na etapa 1.1.4, supra) para o RBF. Coloque a tampa novamente. </li><li> Espere por 2.5 h. nanocubes Ag estão se formando durante esta etapa. Se possível, durante este tempo, reduzir a luz ambiente a um nível mínimo. </li><li> Após 2,5 horas, desligar o aquecedor, mas deixar a agitação para evitar a queima de fluido na parte inferior. Use o grampo (como mostrado na Figura 1B) para elevar o RBF acima do banho de aquecimento. Retire a tampa. </li><li> Remover o FSR do banho de aquecimento de tal modo que ele irá arrefecer mais rapidamente. Depois de ~ 20 min, adicionar 5 ml de acetona para a RBF. Vortex-lo, a fim de misturar as soluções bem. No fim, o volume total da solução é de 12 ml. Veja a Figura 2A. </li><li> Usar uma micropipeta e transferir a solução final a oito pequenos tubos de plástico de 1,5 ml. </li><li> Centrifugar estes oito tubos a uma velocidade de 5150 x g durante 10 min. Como resultado, todos os nanocubes Ag estará no fundo dos tubos. Usar uma micropipeta para remover o sobrenadante topo, deixando 100? L ~ na parte inferior de cada tubo. </li><li> Encha 1 ml de água desionizada em cada uma delastubos (obtidos a partir do passo 1.3.17). Vortex e sonicado (5 min), os tubos. Nanocubes estão agora suspensos em principalmente água DI. </li><li> Centrifugar novamente os oito tubos preparado no passo 1.3.18 a 5150 xg durante 5 min. Todos os nanocubes Ag estará no fundo dos tubos. Usar uma micropipeta para remover o sobrenadante topo, deixando cerca de 100 ul na parte inferior de cada tubo. </li><li> Encha 1 ml de água desionizada em cada um dos tubos obtidos a partir do passo 1.3.19. Vortex e sonicate os tubos. Nanocubes estão agora suspensos em água DI. A solução final obtida a partir de nanocube esta síntese é mostrado na Figura 2B como um exemplo. </li></ol></li></ol> 2. Ouro evaporação Film Nota: um evaporador de feixe de electrões foi usado para depositar filmes de ouro (Au) na sala limpa comprada limpas lâminas, com crómio actuação (Cr) na forma de uma camada de adesão. O processo de evaporação tem lugar no interior de uma câmara de vácuo, permitindo que as moléculas se evapore livrementena câmara e em seguida sublimar no substrato. O procedimento de operação é: <ol><li> Ventilar a câmara, pressionando &quot;Auto respiradouro&quot;. </li><li> Abrir a porta da câmara de carga e substratos na cúpula. </li><li> Feche a porta e bombear para baixo pressionando &quot;Bomba Auto&quot;, que leva cerca de 1 hora para a câmara de bombear para baixo até que a pressão é inferior a 5 × 10 -6 Torr. </li><li> Editar a receita. Camada 1: Cr, espessura: 5 nm, taxa de deposição: 1 A / seg; camada # 2: Au, espessura: 50 nm, taxa de deposição: 2 a / s. </li><li> Ao atingir o nível de vácuo desejado, o processo de deposição do primeiro metal começará automaticamente pressionando &quot;Auto Run&quot;. Nota: Durante a deposição, o módulo de alta tensão está ligado e a tensão é de 10 kV. módulo de rotação Gun é ligado, e rotação de fixação é de 20 rpm. Após a chegada da primeira camada, o sistema move-se automaticamente para o local de bolso do segundo metal e iniciar deposição. </li><li> Depois de todo o processo estiver completo, pressione &quot;Auto respiradouro&quot; para ventilar a câmara e tirar a amostra para fora. Nota: A espessura total do filme Au foi de 50 nm e a rugosidade da superfície foi medida utilizando um microscópio de força atômica (AFM), proporcionando uma raiz típica mean square (RMS) de 0,7 nm. Sem tratamento especial foi realizada dos substratos de vidro comprado antes de deposição de filmes Au. </li></ol> 3. A deposição de camadas de PE <ol><li> Preparação de reagentes <ol><li> Para a solução de cloreto de sódio (NaCl), misturar 29 g de NaCl em pó com 500 ml de água DI. </li><li> Para a solução de sulfonato de poliestireno (PSS), misturar 29 g de pó de NaCl com 500 ml de água desionizada, em seguida, adicionar 1,5 ml da solução-mãe de PSS. </li><li> Para a solução de poli (alilamina) hidrocloreto de (HAP), misturar 29 g de pó de NaCl com 500 ml de água desionizada, em seguida, adicionar 132 mg de HAP. </li></ol></li><li> Camada por camada de deposição Nota:A HAP é ligeiramente carregada positivamente, enquanto PSS é um pouco carregado negativamente. À medida que a película Au fabricado na Secção 2 acima é ligeiramente carregada negativamente, uma camada de HAP serão depositados em primeiro lugar. Os passos a seguir irá demonstrar em detalhes como depositar cinco camadas de PE: PAH / PSS / PAH / PSS / HAP. <ol><li> Em primeiro lugar, depositar uma camada de HAP pela imersão do filme de ouro (fabricado na Secção 2 acima) em uma solução de HAP (preparado no passo 3.1.3) durante 5 min. Isto resulta em uma camada de HAP em cima do filme de Au com uma espessura de ~ 1 nM. </li><li> Depois de 5 minutos, lavar a camada de película + 1 PAH Au com água DI limpo. </li><li> Imergir a camada de película de HAP Au + 1 em uma solução de NaCl (preparado no passo 3.1.1) durante 1 min. </li><li> Mergulha-se o filme de uma camada de HAP + Au (depois do passo 3.2.3) em uma solução PSS durante 5 min. Isto resulta em uma camada PSS com uma espessura de ~ 1 nM no topo da camada de HAP. </li><li> Após 5 minutos, lave a camada PSS Au camada de película + 1 PAH um com água DI limpo. </li><li> Mergulhe o Au filM + 1 + HAP camada de camada 1 PSS para a solução de NaCl para 1 min. </li><li> Mergulhe a camada camada + 1 PSS Au filme + 1 PAH na solução de PAH por 5 min. Isso resulta em uma outra camada de HAP com uma espessura de ~ 1 nM no topo da camada de PSS (preparado no passo 3.2.4, supra). </li><li> Após 5 minutos, lave o Au filme + 1 PAH +1 camadas PSS + 1 HAP com água DI limpo. </li><li> Mergulhar as camadas de filme de HAP + 1 + 1 + 1 de HAP PSS Au na solução de NaCl durante 1 min. </li><li> Mergulhar as camadas de filme de HAP + 1 + 1 + 1 de HAP PSS Au na solução de HAP durante 5 min. Isso resulta em uma segunda camada de PSS com uma espessura de ~ 1 nM no topo da camada de HAP (o qual foi preparado no passo 3.2.7, supra). </li><li> Após 5 minutos, lave o Au filme + 1 PAH +1 PSS + 1 + 1 HAP camadas PSS com água DI limpo. </li><li> Mergulha-se o filme de Au + 1 + 1 HAP PSS + 1 +1 HAP PSS camadas em solução de NaCl durante 1 min. </li><li> Mergulhe o Au filme + 1 + 1 PAH PSS + 1 PAH +1 camadas PSS para a solução de PAH por 5 min. este resultados em outra camada de HAP com uma espessura de ~ 1 nM no topo da camada de PSS (o qual foi preparado no passo 3.2.10 acima). </li><li> Finalmente, lavar o filme + 1 + 1 PAH PSS + 1 PAH +1 PSS + 1 PAH Au com água DI e secar a amostra utilizando azoto gasoso limpo. Nota: A espessura total dos cinco camadas de PE foi medida no ar utilizando um elipsómetro espectroscópica em ângulos de incidência de 65 °, 70 ° e 75 °, obtendo-se uma espessura de 5,0 ± 0,1 nM. </li></ol></li></ol> 4. Deposição de Cy5 Dye Moléculas <ol><li> Prepara-se uma solução 25 uM Cy5 com água Dl como o solvente. </li><li> Expor a superfície da amostra (que tem uma série de cinco camadas de PE, tal como descrito na Secção 3 acima) a 100 ul de uma solução Cy5 25 uM durante 10 min. Em primeiro lugar fundido gota 100 ul da solução de Cy5 (preparado no passo 4.1) sobre a superfície da amostra e, em seguida, colocar uma lamela por cima da gota da solução. moléculas Cy5 irá incorporar em tele camadas superiores PE uniformemente. </li><li> Após 10 minutos, lavar a amostra com água DI e seque com gás nitrogênio limpo. </li></ol> 5. Deposição de nanocubes ao Formulário nanopatch Antenas (NPA) <ol><li> Dilui-se a solução obtida a partir de nanocube Secção 1 por um factor de 1/100 usando água desionizada para permitir o estudo de óptico NPAs individuais. </li><li> Usar uma micropipeta para colocar uma gota de 20 ul de solução diluída nanocube (preparado no passo 5.1) sobre uma lamela de cobertura limpa. Colocar a amostra (preparado na Seção 4) em contacto com a cobertura de vidro por 2 min. Isto resulta na nanocubes Ag para ser imobilizado sobre a camada de HAP terminal de topo, porque os nanocubes sintetizados aqui são carregadas negativamente e a camada de topo HAP é carregada positivamente. </li><li> Após 2 min, lavar a amostra com água DI e seca com azoto gasoso limpo. Nota: Os passos 5,1-5,3 descrevem um procedimento para preparar uma amostra para estudos de óptica de NPAs individuais usando um campo escuro microscope (campo escuro dispersão). Para preparar uma amostra para medições de reflectividade, um procedimento similar é aplicado, excepto que no passo 5.1 a solução nanocube inicial é diluída por um factor de 10/01, em vez de 1/100. </li></ol> 6. medições ópticas Nota: Um costume construído luminosidade óptica / dark-campo do microscópio é usado nestas medições. Os NPAs são iluminados por uma fonte de luz branca através de uma longa distância de trabalho objectivo luminosidade / de campo escuro. O refletido / luz dispersa a partir do NPAs é coletado pelo mesmo objetivo. A abertura do furo de pino (50 um de diâmetro) é utilizada num plano de imagem para seleccionar a partir de um sinal de nanoantenna indivíduo. Uma câmera digital é usado para capturar uma imagem a cores. Um espectrómetro e um dispositivo de acoplamento da câmara de carga (CCD) são utilizados para adquirir os dados espectrais. Para medições de fluorescência, uma onda contínua 633 nm do laser de HeNe é usada para a excitação e o sinal espectralmente foi filtrada por um filtro de passagem longa. <ol&gt; <li> Espectro do campo de dispersão Dark of NPAs individuais <ol><li> Sob iluminação de luz branca, identificar NPAs individuais na amostra que foi preparado na Secção 5. Sob iluminação de luz branca, NPAs individuais aparecem como pontos coloridos brilhantes, rosa ou vermelho, como mostrado na Figura 4C. </li><li> Alinhar um único NPA com a abertura pinhole usando uma fase de tradução. Certifique-se de que a imagem Campo dispersão escuro da NPA ainda é observado após a abertura pinhole. </li><li> Adquirir um espectro da luz difusa do NPA usando o espectrômetro e câmera CCD com um tempo de integração de 1 segundo. Porque a área da abertura (50 uM) é muito maior do que o tamanho físico do NPA (~ 75 nm) do espectro contém luz dispersa a partir do APN em adição ao sinal a partir da área circundante do NPA. </li><li> Mova a amostra para uma área sem quaisquer NPAs e adquirir um outro espectro com um 1 s de tempo de integração. Este espectro representa a luz dispersa a partir dofundo. </li><li> Retirar a amostra com NPAs e coloque uma amostra padrão de reflexão certificada na configuração. Adquirir um espectro da luz dispersa, com um tempo de integração de 0,1 segundos, a fim de normalizar o sinal a partir do APN. </li><li> Feche o diafragma pinhole e adquirir um espectro com um tempo de integração de 0,1 seg, sem qualquer sinal de entrada. Este espectro representa as contagens escuras CCD. </li><li> Calcula-se a espectro de dispersão final de um ANP como se segue: <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876eq1.jpg" /> onde eu NPA + fundo, eu fundo, eu luz branca, eu CCD escura são os espectros de dispersão medido por etapas 6.1.3, 6.1.4, 6.1.5 e 6.1.6, respectivamente. </li><li> Extrai-se a ressonância de plasmão de ANP através do cálculo do baricentro do pico de ressonância espalhamento. 16 </li></ol></li><li> Aumento de fluorescência de moléculas de Cy5 por única NPAs <ol><li> Sob iluminação de luz branca, identificar NPAs individuais a partir da amostra preparada no ponto 5. Em campo escuro, NPAs individuais aparecem como pontos coloridos brilhantes, vermelho ou rosa como mostrado na Figura 4C. </li><li> Alinhar um único NPA com a abertura pinhole usando uma fase de tradução. Certifique-se de que a imagem Campo dispersão escuro da NPA é detectado pela câmara colocada após a abertura pinhole. </li><li> Desligue a iluminação de luz branca e ligue a 633 nm de onda contínua HeNe laser usado para a excitação. </li><li> Colocar um filtro de passe longo a laser 633 nm, no percurso óptico para a direita antes de a entrada para o espectrómetro de modo a bloquear toda a luz laser dispersa. </li><li> Adquirir um espectro de fluorescência de emissão das moléculas Cy5 utilizando um tempo de integração de 1 segundo. Porque a área da abertura (50 uM) é muito maior do que o tamanho físico do NPA (~ 75 nm), este espectro de emissão contém ambas as moléculas incorporadas no NPA, bem assiml como moléculas em torno do NPA. </li><li> Mova a amostra para uma área sem quaisquer NPAs e adquirir um outro espectro com um tempo de integração de 1 segundo. Este espectro representa a emissão a partir de moléculas no fundo, sem quaisquer NPA. </li><li> Prepara-se uma amostra em separado, que vai ser utilizado como uma amostra de controlo, seguindo o procedimento nas secções 3 e 4, onde as moléculas são incorporados com Cy5 PE camadas no topo de uma lâmina de vidro (sem um filme de Au e nanocubes Ag). </li><li> Adquirir um espectro de fluorescência da emissão das moléculas Cy5 na amostra de controlo foi preparada na etapa anterior, utilizando um tempo de integração de 10 segundos. </li><li> Determinar o factor de aumento de fluorescência utilizando os espectros de fluorescência medidos nos passos 6.2.5, 6.2.6 e 6.2.8, tendo em conta as contagens escuras CCD, por vezes normalização unidade de área e de aquisição. 12,14 </li></ol></li></ol>

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B., 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=Plasmonic+Waveguide+Modes+of+Film-Coupled+Metallic+Nanocubes.">Plasmonic Waveguide Modes of Film-Coupled Metallic Nanocubes.</a> Nano Lett. 13 (12), 5866-5872 (2013).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Nanocubes prata foram quimicamente sintetizados utilizando condições de reacção semelhantes às sínteses anteriormente relatados. 2,12,17-20 Esta síntese permite a fabricação de nanocubes com comprimentos laterais que variam de 50 a 100 nm. Por exemplo, um tempo de aquecimento típico de 2,5 horas irá resultar em nanocubes com comprimentos laterais de ~ 75 nm. Um tempo de síntese mais longa (&gt; 3 horas) vai levar a nanopartículas maiores, no entanto, esta pode também resultar em diferentes formas, tais como nanocubes ou octaedros truncados. A solução final foi centrifugado e re-suspenso em água desionizada, e pode ser armazenada durante pelo menos um mês num frigorífico a 4 ° C sem quaisquer alterações visíveis no espectro de dispersão das ressonâncias plasmon. 12 O tamanho e a forma dos nanocubes AG de o processo apresentado no protocolo acima são muito sensíveis à limpeza do FSR, a sua tampa e a barra de agitação, bem como a qualidade da solução de EG. NanopartiCiclos com diferentes formas, tais como nanopartículas arredondadas ou alongadas é um sinal de que é provável que exista um problema com uma das seguintes etapas na síntese. Consequentemente, é aconselhável que os passos 1.1.1-1.1.4 e 1.2.1-1.2.2 são extremamente importantes. Na Figura 4b o espectro de dispersão recolhidas a partir de uma antena única nanopatch é mostrada que apresenta uma ressonância de plasmon de forte a 650 nm. uma ressonância Tal indica uma excelente confinamento modo na região da folga entre a nanocube Ag e Au filme tornado possível por nanocubes de alta qualidade. Além disso, para se obter um tal espectro, também é necessário que a amostra é limpo, as camadas separadoras (camadas PE) tem uma espessura uniforme e que o filme de Au subjacente é lisa. A ressonância de plasma de forte é ainda confirmado pelos dados apresentados na Figura 4c, onde antenas nanopatch individuais podem ser observadas na imagem de campo escuro e na Figura 4D, onde grande fluorescênciamelhoria é observada de moléculas Cy5 localizadas na região da abertura. Deve também ser notado que os nanocubes Ag oxidar ao longo do tempo, apesar de o revestimento de PVP, quando exposto ao ar e, assim, recomenda-se que as medições ópticas deve ser realizada no dia a amostra é preparada ou no prazo de 1 a 3 dias. Para minimizar a oxidação, é recomendado que as amostras de antenas nanopatch ser armazenado sob vácuo ou gás de azoto. O método apresentado neste trabalho permite a fabricação de nanocubes AG e antenas nanopatch plasmonic com dimensões bem controlados utilizando a síntese coloidal e um processo de revestimento por imersão camada por camada. Em comparação com outras técnicas, tais como a litografia por feixe de electrões ou óptico, a técnica aqui apresentado oferece o potencial para a produção de baixo custo e em larga escala, enquanto a produção de uma distribuição estreita de tamanhos das nanopartículas. As antenas nanopatch plasmonic apresentados neste artigo também são uma grande promessa paranovos nanomateriais pelo design exibindo propriedades únicas que não podem existir em suas contrapartes macroscópicas. Em particular, estas nanoantennas mostraram aumento de fluorescência recorde de moléculas de corante incorporados superiores a 30.000; 12 melhorias de taxa de emissão espontânea de 1000; ultra emissão espontânea e elevado rendimento quântico 13,14 Adicionalmente., foi demonstrado que os emissores acoplados a estas antenas nanopatch exibem emissões altamente direccional que é crítico para aplicações em que é necessário o acoplamento de um detector externo ou fibra de modo único. As aplicações futuras das antenas patch nanoescala pode variar de dispositivos optoeletrônicos ultra-rápidos, tais como diodos emissores de luz, com as tecnologias de processamento de informação quântica alta fotodetectores de eficiência e dispositivos fotovoltaicos, sentindo e 12-14.

Nos últimos anos, a síntese coloidal de nanopartículas ea montagem destes em estruturas avançadas têm atraído grande interesse tanto em pesquisa e desenvolvimento industrial. 1-4 síntese coloidal de nanopartículas têm várias vantagens sobre nanoestruturas lithographically fabricados, incluindo a homogeneidade de tamanho superior, baixo custo ea possibilidade de grande escala, produção paralela. Nanopartículas de metal tal como a prata (Ag) e o ouro (Au) pode suportar polaritons plasmon de superfície localizada e tem a capacidade para confinar a luz num volume muito menor do que o limite de difracção. 1,3-5 A elevada intensidade de campo resultante cria um local, reforçada densidade de estados que permitem interações luz-matéria para ser adaptado em nanoescala. Esforços recentes têm demonstrado procedimentos para sintetizar Ag e Au nanopartículas em uma ampla gama de tamanhos e formas, incluindo triângulos, 4,6 gaiolas, 3,4 e hastes4,7,8 além dos nanocubes discutidos aqui. Nanoestruturas compostos de vários nanocomponentes Ag ou Au também foram fabricadas Manifestação adaptado propriedades. 1,9-11 Aqui, nós demonstramos um procedimento para sintetizar nanocubes AG e mais importante, a par destas nanocubes Ag com um Au filme subjacentes, a fim de formar antenas nanopatch plasmonic. A distância entre nanocubes Ag e Au o filme pode ser controlada com uma resolução ~ nm usando uma série de camadas de polielectrólito espaçadoras. Nós também demonstram como incorporar um meio activo, tal como um corante orgânico, para as antenas nanopatch plasmonic. Devido aos campos electromagnéticos fortemente confinados na região da folga entre as nanocubes e o filme de Au, as antenas nanopatch pode ser usado para a fluorescência altamente reforçada e a emissão espontânea de as moléculas de corante incorporado. 12,13 Os métodos apresentados no presente documento podem ser generalizados para os outros emissores, SUCH como coloidais de estado sólido 14 quantum dots ou materiais semicondutores bidimensionais, 15 e a ressonância de plasmão pode ser sintonizado através de uma vasta gama espectral através da variação do tamanho dos nanocubes ou a lacuna.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Reagents&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Ethylene glycol&amp;nbsp;</td><td>J.T. Baker</td><td>9300</td><td>Must be anhydrous</td></tr><tr><td>Sodium hydrosulfide hydrate&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>161527</td><td></td></tr><tr><td>Poly vinylpyrrolidone&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>856568</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochroric acid BDH ARISTAR PLUS</td><td>VWR International</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>Silver trifluoroacetate&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>482307</td><td>Store in dark place</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma Aldrich</td><td>48358</td><td></td></tr><tr><td>Nitric acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7697-37-2</td><td>concentrated (70%), for cleaning</td></tr><tr><td>Poly(allylamine) hydrochloride (PAH)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>283215</td><td></td></tr><tr><td>Polystyrene sulfonate&amp;nbsp; (PSS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>561223</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride&amp;nbsp;</td><td>Macron Inc.</td><td>7647</td><td></td></tr><tr><td>Sulfo-Cyanine5 carboxylic acid (Cy5)</td><td>Lumiprobe</td><td>13390</td><td>Fluorescent dye (molecular weight: 664.76 g/mol)</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Equipments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Stirring hotplate with temperature control</td><td>VWR International</td><td>89000-338</td><td></td></tr><tr><td>Vortex mixers</td><td>VWR International</td><td>10153-834</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Thermoscientific</td><td>Model 59A</td><td></td></tr><tr><td>Silicone fluid&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>63148-62-9</td><td></td></tr><tr><td>Micro-scale</td><td>Mettler Toledo</td><td>Model ML 104/03</td><td></td></tr><tr><td>Electron-beam metal evaporator&amp;nbsp;</td><td>CHA Industries</td><td>E-beam evaporator</td><td>Located inside a clean room</td></tr><tr><td>Pre-cleaned glass slides</td><td>Schott North America, Inc.</td><td>Nexterion Glass B&amp;nbsp;</td><td>Clean room pre-cleaned</td></tr><tr><td>25-ml 24/40 round-bottom flask</td><td>VWR International</td><td>60002-290</td><td></td></tr><tr><td>Magnetic stirring bar</td><td>VWR International</td><td>58948-116</td><td></td></tr><tr><td>Micropipettes (1&amp;ndash;10&amp;nbsp;ml, 10&amp;ndash;100&amp;nbsp;ml and 100&amp;ndash;1,000&amp;nbsp;ml)</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaning bath</td><td>Branson Ultrasonic</td><td>Model 1510R-DTH</td><td></td></tr><tr><td>Stopwatch</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf centrifugation tubes (1.5&amp;nbsp;ml)</td><td>VWR International</td><td>22364111</td><td></td></tr><tr><td>Poly(propylene) coning tubes (50&amp;nbsp;ml)</td><td>VWR International</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Home built bright/darkfield microscope</td><td></td><td></td><td>75 W Xenon white light source, Nikon BF/DF 50X ELWD&lt;br/&gt; 0.55 NA, 8.2 mm WD objective, Nikon D90 digital camera, Acton 2300i spectrometer, Photometrics CoolSnap HQ charge coupled device (CCD) camera</td></tr><tr><td>He Ne laser (633&amp;nbsp;nm), 5&amp;nbsp;mW</td><td>Newport Corp.</td><td>R-30990</td><td></td></tr><tr><td>Reflectance standard</td><td>Lab Sphere</td><td>Model SRS-99-010</td><td></td></tr><tr><td>Laser long pass filter 633&amp;nbsp;nm</td><td>Semrock</td><td>LP02-633RU-25</td><td></td></tr></tbody></table>

colloidal synthesis of nanopatch antennas for applications in plasmonics and nanophotonics

Apresenta-se um método para a síntese de nanocubes coloidal de prata e a utilização destes em combinação com uma película de ouro liso, para o fabrico de antenas patch plasmonic nanoescala. Este inclui um procedimento detalhado para a fabricação de filmes finos, com uma espessura bem controlada sobre áreas macroscópico por meio de deposição de camada-por-camada de polímeros polielectrólitos, isto é, poli (alilamina) hidrocloreto de (HAP) e sulfonato de poliestireno (PSS). Estas camadas polieletrólito espaçador servir como uma lacuna dielétrica entre nanocubes de prata e uma película de ouro. Ao controlar o tamanho das nanocubes ou a espessura de espaço, a ressonância de plasmão pode ser ajustado entre cerca de 500 nm a 700 nm. Em seguida, vamos demonstrar como incorporar moléculas de corantes orgânicos sulfo-cyanine5 ácido carboxílico (Cy5) para a região gap polímero dielétrica das antenas nanopatch. Finalmente, mostra grandemente a fluorescência dos corantes Cy5 reforçada por espectralmente correspondentes a ressonância de plasmão com a energia de excitação e tele Cy5 pico de absorção. O método aqui apresentado permite a fabricação de antenas nanopatch plasmonic com dimensões bem controlados utilizando síntese coloidal e um processo de revestimento por imersão da camada-por-camada com o potencial para o baixo custo e produção em grande escala. Estas antenas nanopatch são uma grande promessa para aplicações práticas, por exemplo, na detecção, dispositivos optoeletrônicos ultra-rápidos e de fotodetectores de alta eficiência.

Aqui, mostramos resultados representativos das características das antenas nanopatch plasmonic, incluindo imagens de MEV da estrutura de amostra, um espectro de refletividade de uma coleção de antenas nanopatch e um espectro de dispersão de uma antena nanopatch única. A energia de ressonância de plasmão das antenas nanopatch depende do tamanho das nanocubes, a espessura da região lacuna dieléctrica, isto é, o número de camadas de PE, assim como o material dieléctrico. No processo apresentado acima, obtido nanocubes Ag com um comprimento de lado médio de 75 nm e cantos ligeiramente arredondados (raio de curvatura ~ 10 nm) revestidos com uma camada de PVP com uma espessura estimada de 1-3 nm. Em combinação com as 5 camadas de PE e película de ouro, este resultado numa ressonância plasmónica de centrado em ~ 650 nm com uma largura total a meia--máxima (FWHM) de cerca de 50 nm. Isto por sua vez tem boa sobreposição espectral com a absorção e emissão de comprimentos de onda de Tele Cy5 moléculas que está centrada a 646 e 662 nm, respectivamente. A Figura 3A mostra uma imagem SEM de uma amostra com uma elevada concentração de nanocubes. Estes nanocubes foram depositados no topo de uma película de Au com 5 camadas de PE. Tais imagens de SEM são usados ​​para verificar a qualidade global da síntese nanocube; No entanto, estas amostras não são utilizados para outras medições ópticas, tal como a densidade dos nanocubes é demasiado elevada. Além disso, devido à elevada densidade, alguns nanocubes não se encontram na superfície que é essencial para formar a estrutura da antena nanopatch plasmónico. A Figura 3B mostra uma imagem SEM de uma amostra de nanocubes fabricados usando uma solução nanocube qual foi diluída por um factor de 1/10. Esta amostra é utilizada para as medições em que a ref lectividade de luz branca a partir de um conjunto de antenas nanopatch foi medida para determinar oressonância de plasmão global. A Figura 3C mostra uma imagem SEM de uma amostra de nanocubes fabricados usando uma solução nanocube qual foi diluída por um factor de 1/100. Esta amostra é utilizada para dispersar as medições de uma antena nanopatch indivíduo. Usando a solução nanocube diluída permite antenas nanopatch individuais para ser espacialmente isolado em um plano de imagem usando um pequeno orifício. A Figura 4A mostra um espectro de reflectividade, após normalização com o fundo de luz branca, medido a partir de uma amostra semelhante ao mostrado na imagem SEM na Figura 3B. A Figura 4B mostra um espectro de dispersão a partir de uma antena nanopatch único semelhante ao exemplo mostrado na imagem SEM na Figura 3C. A Figura 4C mostra uma imagem de campo escuro de uma amostra de antena nanopatch (preparada por um 1/100 solução nanocube diluída dispersos em uma película de ouro com 5 PE camadas) tirada por uma câmara digital Nikon D90. Os pontos vermelhos brilhantes observadas são devido à dispersão de luz branca a partir de antenas nanopatch individuais. Algumas manchas são observados para ter outras cores de vermelho, que é um resultado da nanocubes com diferentes tamanhos ou nanopartículas maiores com formas não-cúbicos. A Figura 4D mostra dois espectros de fluorescência, uma medida de uma antena nanopatch única (a partir de uma amostra semelhante ao mostrado na Figura 3C) e do outro a partir de uma amostra de controlo consistindo numa lâmina de vidro com o mesmo número de camadas de PE e densidade de Cy5 moléculas de corante. A intensidade de fluorescência a partir de moléculas Cy5 acoplados à antena nanopatch é muito mais forte do que sobre a lâmina de vidro. Isto resulta a partir de uma taxa de excitação melhorado, bem como um padrão de radiação modificado e uma maior eficiência quântica de as moléculas de corante. 1<html> 2 após correcção para a fluorescência de fundo e normalização por unidade de área dividindo a área sob a nanocube com o tamanho do ponto de excitação, 12 obtém-se um factor de aumento de ~ 12.000 a partir dos dados mostrados na Figura 4D. Este factor de aumento é menor em comparação com o valor previamente relatados de 30.000 12 provavelmente devido ao uso de um em vez de Au filme de Ag, aumentando as perdas não-radiativos. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig1.jpg" /> Figura configuração 1. Equipamento para a síntese nanocube Ag. (A) Uma fotografia da configuração do equipamento que mostra o banho de aquecimento em cima da placa de aquecimento com agitação de controlo da temperatura. (B) Um fim acima do balão de fundo redondo (RBF) contendo a solução nanocube durante a síntese. A configuração está localizado dentro de um exaustor com ventilação de ar adequada.tps: //jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53876/53876fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig2.jpg" /> Figura 2. Imagens da solução nanocube. (A) solução Nanocube após a síntese de 2,5 hr e (B) após a transferência para tubos menores e re-suspensas em água deionizada. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53876/53876fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura .</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" width="700" /> Figura 3. caracterizações SEM de nanocubes Ag. (A) imagem SEM de uma amostra concentrada nanocube, (B) uma diluída (1/10)amostra nanocube, e (C) uma amostra nanocube diluída (1/100). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53876/53876fig3highres.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" width="700" /> Figura 4. caracterização óptica de antenas nanopatch. (A) O espectro de reflexão normalizado medido a partir de um conjunto de antenas (nanopatch nanocube solução não diluída). (B) Espectro de Dispersão de uma antena nanopatch único (1/100 solução nanocube diluído). (C) Uma imagem de campo escuro de uma amostra antena nanopatch (1/100 solução nanocube diluído) tomadas sob iluminação de luz branca. Cada ponto vermelho brilhante corresponde a uma antena nanopatch plasmonic individual. (D) A fluorescência a partir de moléculas de corante Cy5 incorporarded em uma antena nanopatch (vermelho linha sólida) em relação ao que a partir de uma lâmina de vidro com uma concentração idêntica de corantes Cy5 (linha tracejada preta). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53876/53876fig4highres.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

Um protocolo para a síntese coloidal de nanocubes prata e fabricação de antenas patch nanoescala plasmonic com sub-10 nm lacunas é apresentado.

Coloidal Síntese de nanopatch Antenas para aplicações em plasmônica e 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 ...

colloidal-synthesis-nanopatch-antennas-for-applications-plasmonics

Research

JoVE Journal

Engineering

11.0K visualizações.  Duke University.  Um protocolo para a síntese coloidal de nanocubes prata e fabricação de antenas patch nanoescala plasmonic com sub-10 nm lacunas é apresentado. 

Vídeo: Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) membranes have been under development since the 1990's and have become a common method to template the synthesis of high aspect ratio nanostructures, mostly by electrochemical growth or pore-wetting. Recently, these membranes have become commercially available in a wide range of pore sizes and densities, leading to an extensive library of functional nanostructures being synthesized from AAO membranes. These include composite nanorods, nanowires and nanotubes made of metals, inorganic materials or polymers 3-10. Nanoporous membranes have been used to synthesize nanoparticle and nanotube arrays that perform well as refractive index sensors, plasmonic biosensors, or surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates 11-16, as well as a wide range of other fields such as photo-thermal heating 17, permselective transport 18, 19, catalysis 20, microfluidics 21, and electrochemical sensing 22, 23. Here, we report a novel procedure to prepare gold nanotubes in AAO membranes. Hollow nanostructures have potential application in plasmonic and SERS sensing, and we anticipate these gold nanotubes will allow for high sensitivity and strong plasmon signals, arising from decreased material dampening 15.

Solution-suspendable gold nanotubes with controlled dimensions can be synthesized by electrochemical deposition in porous anodic aluminum oxide (AAO) membranes using a hydrophobic polymer core. Gold nanotubes and nanotube arrays hold promise for applications in plasmonic biosensing, surface-enhanced Raman spectroscopy, photo-thermal heating, ionic and molecular transport, microfluidics, catalysis and electrochemical sensing.

Dirigido modelo de síntese de nanotubos de Ouro plasmônicos com Absorbância IR Tunable

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

Química

A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and scalable technique efficiently functionalizes metallic nanoparticles with thiol-ligands in a miscible water/organic solvent mixture allowing for rapid grafting of thiol groups onto the gold nanoparticle surface. The hydrophobic ligands on the nanoparticles then quickly phase separate the nanoparticles from the aqueous based suspension and confine them to the air-fluid interface. This drives the ligand-capped nanoparticles to form monolayer domains at the air-fluid interface.&#160; The use of water-miscible organic solvents is important as it enables the transport of the nanoparticles from the interface onto template-free substrates.&#160; The flow is mediated by a surface tension gradient3,4 and creates macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle-ligand films.&#160; This self-assembly technique may be generalized to include the use of particles of different compositions, size, and shape and may lead to an efficient assembly method to produce low-cost, macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle films for wide-spread applications.

A simple, robust and scalable technique to functionalize and self-assemble macroscopic nanoparticle-ligand monolayer films onto template-free substrates is described in this protocol.

Uma técnica para funcionalizar e auto-montar macroscópicas Nanopartículas-ligante monocamada Films em substratos sem Modelo

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

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.

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

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

Engenharia

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

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

Utilização de Nanoestruturas Cristal plasmônicos e Fotônica para Manipulação de Micro-e Nanopartículas melhorada

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

Bioengenharia

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.

Síntese de Immunotargeted magneto-plasmónico Nanoclusters

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

Using Polystyrene-block-poly(acrylic acid)-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization

We present a template-free method for &#8220;polymerizing&#8221; nanoparticles into long chains without side branches. A variety of nanoparticles are encapsulated in polystyrene-block-poly(acrylic acid) (PSPAA) shells and then used as monomers for their self-assembly. Spherical PSPAA micelles upon acid treatment are known to assemble into cylindrical micelles. Exploiting this tendency, the core-shell nanoparticles are induced to aggregate, coalesce, and then transform into long chains. When more than one type of nanoparticles are used, random and block &#8220;copolymers&#8221; of nanoparticles can be obtained. Detailed procedures are reported for the PSPAA encapsulation of nanoparticles, homo- and co-polymerization of the core-shell nanoparticles, separation and purification of the resulting nanoparticle chains. Transformations of single-line chains into double- and triple-line chains are also presented. The synergy between the polymer shell and the embedded nanoparticles leads to an unusual chain-growth polymerization mode, giving long nanoparticle chains that are distinct from the products of the traditional step-growth aggregation process.

Using Polystyrene-block-polyacrylic acid-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization

We report protocols for &#8220;polymerizing&#8221; various types of polymer-encapsulated metal nanoparticles into long chains of &#8220;homo-&#8220; and &#8220;co-polymers&#8221;.

Usando Polystyrene-<em&gt; Bloco</em&gt; -poli (Ácido acrílico) -Revestido metal Nanopartículas como monómeros para a sua homo- e co-polimerização

We present a template-free method for &#8220;polymerizing&#8221; nanoparticles into long chains without side branches. A variety of nanoparticles are ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

Síntese, caracterização e funcionalização de híbrida UA / CDS e Au / ZnS Núcleo / Shell Nanopartículas

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

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.

Fabricação de matrizes de periódicos Nanocup ouro usando litografia coloidal

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.

Fotodeposição de PD em au Nanorods coloidal pela excitação de superfície Plasmon

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.

Coloidal Síntese de nanopatch Antenas para aplicações em plasmônica e Nanophotonics

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