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>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol&#160;</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>9300</td>
			<td>Must be anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydrosulfide hydrate&#160;&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>161527</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly vinylpyrrolidone&#160;</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&#160;</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&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>7697-37-2</td>
			<td>&#160;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&#160; (PSS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>561223</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride&#160;</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>Equipments</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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&#160;</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&#160;</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&#160;</td>
			<td>Clean room pre-cleaned</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25-mL 24/40 round-bottle flask&#160;</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 (1-10mL, 10&#8211;100 mL and 100&#8211;1000 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 mL)</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>22364111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(propylene) coning tubes (50 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 
			0.55 NA, 8.2 mm WD objective, Nikon D90 digital camera, Acton 2300i spectrometer, Photometrics CoolSnap HQ&#160; charge coupled device (CCD) camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>He Ne laser (633 nm), 5 mW</td>
			<td>New Port Co.</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 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: //www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/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://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/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://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/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://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/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

Nanyang Technological University

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

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 T generate only a small detectable net-magnetization of the sample at room temperature 1. Hence, most NMR and MRI applications rely on the detection of molecules at relative high concentration (e.g., water for imaging of biological tissue) or require excessive acquisition times. This limits our ability to exploit the very useful molecular specificity of NMR signals for many biochemical and medical applications. However, novel approaches have emerged in the past few years: Manipulation of the detected spin species prior to detection inside the NMR/MRI magnet can dramatically increase the magnetization and therefore allows detection of molecules at much lower concentration 2.
Here, we present a method for polarization of a xenon gas mixture (2-5% Xe, 10% N2, He balance) in a compact setup with a ca. 16000-fold signal enhancement. Modern line-narrowed diode lasers allow efficient polarization 7 and immediate use of gas mixture even if the noble gas is not separated from the other components. The SEOP apparatus is explained and determination of the achieved spin polarization is demonstrated for performance control of the method.
The hyperpolarized gas can be used for void space imaging, including gas flow imaging or diffusion studies at the interfaces with other materials 8,9. Moreover, the Xe NMR signal is extremely sensitive to its molecular environment 6. This enables the option to use it as an NMR/MRI contrast agent when dissolved in aqueous solution with functionalized molecular hosts that temporarily trap the gas 10,11. Direct detection and high-sensitivity indirect detection of such constructs is demonstrated in both spectroscopic and imaging mode.

The production of hyperpolarized xenon by means of spin exchange optical pumping (SEOP) is described. This method yields a ~10000-fold enhancement of the nuclear spin polarization of Xe-129 and has applications in nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. Examples of gas phase and solution state experiments are given.

Xenon hiperpolarizada para RMN e Aplicações de ressonância magnética

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

Engenharia

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 &deg;C), flammable, and volatile organic electrolytes. These organic based electrolyte systems are viable at ambient temperatures, but require a cooling system to ensure that temperatures do not exceed 80 &deg;C. These cooling systems tend to increase battery costs and can malfunction which can lead to battery malfunction and explosions, thus endangering human life. Increases in petroleum prices lead to a huge demand for safe, electric hybrid vehicles that are more economically viable to operate as oil prices continue to rise. Existing organic based electrolytes used in lithium ion batteries are not applicable to high temperature automotive applications. A safer alternative to organic electrolytes is solid polymer electrolytes. This work will highlight the synthesis for a graft copolymer electrolyte (GCE) poly(oxyethylene) methacrylate (POEM) to a block with a lower glass transition temperature (Tg) poly(oxyethylene) acrylate (POEA). The conduction mechanism has been discussed and it has been demonstrated the relationship between polymer segmental motion and ionic conductivity indeed has a Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) dependence. Batteries containing commercially available LP30 organic (LiPF6 in ethylene carbonate (EC):dimethyl carbonate (DMC) at a 1:1 ratio) and GCE were cycled at ambient temperature. It was found that at ambient temperature, the batteries containing GCE showed a greater overpotential when compared to LP30 electrolyte. However at temperatures greater than 60 &deg;C, the GCE cell exhibited much lower overpotential due to fast polymer electrolyte conductivity and nearly the full theoretical specific capacity of 170 mAh/g was accessed.

Lithium ion batteries employ flammable and volatile organic electrolytes that are suitable for ambient temperature applications. A safer alternative to organic electrolytes are solid polymer batteries. Solid polymer batteries operate safely at high temperatures (&gt;120 &deg;C), thus making them applicable to high temperature applications such as deep oil drilling and hybrid electric vehicles. This paper will discuss (a) the polymer synthesis, (b) the polymer conduction mechanism, and (c) provide temperature cycling for both solid polymer and organic electrolytes.

Eletrólitos copolímero de enxerto de estado sólido para Aplicações da bateria de lítio

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

This paper discusses fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic analysis setup. These structures are based on the formation of a fluorescent quantum-dot (QD) coating on the channel surface of a conventional microcapillary. Silicon QDs are especially attractive for this application, owing in part to their negligible toxicity compared to the II-VI and II-VI compound QDs, which are legislatively controlled substances in many countries. While the ensemble emission spectrum is broad and featureless, an Si-QD film on the channel wall of a capillary features a set of sharp, narrow peaks in the fluorescence spectrum, corresponding to the electromagnetic resonances for light trapped within the film. The peak wavelength of these resonances is sensitive to the external medium, thus permitting the device to function as a refractometric sensor in which the QDs never come into physical contact with the analyte. The experimental methods associated with the fabrication of the fluorescent-core microcapillaries are discussed in detail, as well as the analysis methods. Finally, a comparison is made between these structures and the more widely investigated liquid-core optical ring resonators, in terms of microfluidic sensing capabilities.

Fluorescent-core microcavity sensors employ a high-index quantum-dot coating in the channel of silica microcapillaries. Changes in the refractive index of fluids pumped into the capillary channel cause shifts in the microcavity fluorescence spectrum that can be used to analyze the channel medium.

Síntese e Operação de Fluorescente-core microcavidades de Sensoriamento refractométricos

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

Tridimensional Velocímetro de Partículas de Rastreamento for Applications Turbulência: Case de um fluxo de Jet

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

Criação de Sub-50 nm nanofluidic Junções em PDMS Microfluidic Chip via processo de automontagem de coloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Metodologia baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

Fabricação de Microsferas de Polímeros para Resonadores Ópticos e Aplicações Laser

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

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 ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

Fabricação de superfícies de Metal Superhydrophobic para aplicações antigelo

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

Uma tecnologia Microfluidic Modular para estudos sistemáticos de nanocristais semicondutores coloidal

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...