Este trabalho foi apoiado pelo programa D de MSIP / IITP (R0190-15-2040, Desenvolvimento de um sistema de gestão de configuração de conteúdo e um simulador para impressão em 3D utilizando materiais inteligentes) a I &amp;.

Atenção: Por favor, consulte todas as normas de segurança pertinentes antes do uso. Vários dos produtos químicos utilizados no fabrico de microchips são altamente tóxicos e cancerígenos. Utilize todas as práticas de segurança adequadas ao executar os processos de fotolitografia e gravura, incluindo o uso de controles de engenharia (extractor de fumo, placa quente, e alinhador) e equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça de corpo inteiro, e fechou sapatos -toe). 1. Fabricação do microcanal PDMS <ol><li> Fabrico do molde de microcanais pelo processo de fotolito <ol><li> Completamente remover substâncias estranhas na superfície de bolacha de Si a 4 polegadas com limpeza piranha (Figura 1a). Mistura-se ácido sulfúrico (H 2 SO 4) e peróxido de hidrogénio (H 2 O 2) a uma proporção de 3: 1 para tornar a solução piranha no prato. Misturar por adição gradual de pequenas quantidades de ácido forte (H2O <sub&gt; 2) para o ácido fraco (H 2 SO 4); inverter este fim pode provocar uma explosão, porque do ácido forte altamente reactivo. </li><li> Mergulhar a bolacha no piranha solução durante 10 min. Subsequentemente, mergulhar a bolacha em água desionizada (DI) de água durante 3 minutos para remover a solução piranha restante. Lavar a bolacha com fluxo de água DI durante 10 s. Repetir o procedimento de lavagem 3 vezes e seco com gás N2 para remover o restante DI. </li><li> Coloque a bolacha sobre uma placa quente durante 20 minutos a 180 ° C para desidratar ainda mais a bolacha. </li><li> Pour 5 mL do fotorresistente negativo na parte superior da bolacha e rotação revestimento durante 45 s a 1500 rpm (Figura 1b); após revestimento por rotação, um talão de revestimento fotoprotector é criado na borda da bolacha, devido à viscosidade relativamente elevada do material fotosensitivo. </li><li> Equilibre a pastilha revestida-fotorresistente por planarização sobre um suporte de nivelamento durante 5 h. </li><li> Coloque a pastilha revestida de material fotosensitivo sobre uma placa quente durante 12 minutos a 65° C, 35 min a 95 ° C, e 12 min a 65 ° C (cozimento macio). </li><li> Fixar a máscara de película sobre o suporte de máscara e a bolacha mole-cozido na fase substrato do alinhador. Expor à radiação ultravioleta (UV) durante 43 s a 650 mJ / cm 2 para solidificar o material fotosensitivo. </li><li> Coloque a bolacha sobre a placa de aquecimento durante 5 min a 65 ° C, 15 min a 95 ° C e 5 min a 65 ° C (bicarbonato de pós-exposição). </li><li> Mergulhar a bolacha no revelador fotorresistência durante 30 minutos para remover o material fotosensitivo não solidificada. </li><li> Lavar a bolacha com álcool isopropílico (IPA), e seca com gás N2 para remover o IPA restante. </li></ol></li><li> Fabricação do microcanal PDMS <ol><li> Tratar a superfície da bolacha e o molde fotorresistente durante 1 minuto a uma potência de 200 W através de um máquina de plasma atmosférico 25; os fluxos de gás de CH4 e Ele deve ser de 6 e 30 sccm, respectivamente. Realizar este tratamento hidrofóbica para separar facilmente o polydimethylsiloxane (PDMS) microcanal a partir da superfície da pastilha e molde fotorresistente (Figura 1c). </li><li> Preparar a solução de PDMS misturando a base de PDMS e agente de cura, na proporção de 10: 1. Agita-se a mistura durante 2 min. </li><li> Coloque a bolacha no interior de uma placa de Petri (150 mm x 15 mm) e adiciona-se 100 mL da solução de PDMS. Retirar as bolhas que foram criadas a partir de agitação utilizando um exsicador. </li><li> Colocar a placa de Petri no forno durante 2 horas a 80 ° C para solidificar a solução de PDMS (Figura 1d e h). </li><li> Corte ao longo dos contornos do microcanal PDMS com uma lâmina de barbear e retirá-la da bolacha; os microcanais PDMS fabricadas deve ter as seguintes dimensões: 13 mm long, 300 mm de largura, e 150 um de altura (Figuras 1e, f, e i). NOTA: Dois tipos de orifícios são produzidos por um micropunção para inserir a fibra monomodo (SMF) do cabo e os tubos (uma entrada dend tomada) na PDMS microcanal (Figura 1g). O SMF cabo é utilizado para emitir o feixe de laser para a nanohole branqueado na placa de ouro. O tubo é utilizado para inserir / extrair a solução de partículas de / para o microcanal PDMS. </li><li> Punção de entrada de 1,5 mm e furos de saída em cada extremidade do microcanal PDMS. Punção de 0,3 mm SMF orifício do cabo no centro do microcanal PDMS. </li></ol></li></ol> 2. processo de corrosão da placa de ouro <ol><li> Prepara-se uma placa de ouro comercialmente disponível com as dimensões de 25 x 6,25 mm2 (Figura 2a). </li><li> Remover quaisquer substâncias estranhas na placa de ouro com os seguintes procedimentos de limpeza. Limpo na seguinte ordem por imersão em acetona, metanol, e ua DI durante 5 min cada. </li><li> Lavar a placa 3 vezes com ouro ua DI durante 10 s e seca-se a placa com gás N2 para remover a água desionizada remanescente. </li><li> Coloque a placa de ouro em uma placa quente para20 min a 180 ° C, para remover completamente a humidade restante. </li><li> Pour 0,5 ml de hexametildisilazano (HMDS) na placa de ouro e revestimento de centrifugação durante 40 segundos a 3000 rpm. </li><li> Pour 0,5 mL de fotorresistente positiva na parte superior das HMDS revestida por rotação e revestimento de centrifugação durante 40 segundos a 3000 rpm (Figura 2b). </li><li> Colocar a placa de ouro revestidas com material fotosensitivo sobre a placa quente durante 90 s a 110 ° C (cozimento macio). </li><li> Fixar a máscara de filme sobre a pastilha de vidro e colocar a placa de ouro macio-cozido na fase de substrato. Expor à luz UV durante 4,5 s a 64 mJ / cm 2 para dissolver o fotorresistente. </li><li> Imergir a placa de ouro no revelador fotorresistência durante 1 min para remover o material fotosensitivo dissolvido (Figura 2c). Lavar a placa de ouro com água desionizada e seca com N 2 gasoso. </li><li> Imergir a placa de ouro no produto corrosivo de Au por 45 s e a uma velocidade de gravação de 28 Â / s para remover o Au exposto (Figura 2d). Lavar a placa de ouro com águ DIr e seco com N 2 gasoso. </li><li> Imergir a placa de ouro no produto corrosivo Ti durante 5 s e a uma velocidade de gravação de 25 Â / s para remover o Ti exposto (Figura 2E). Lavar a placa de ouro com água desionizada e seca com N 2 gasoso. </li><li> Remover o fotorresistente remanescente na placa de ouro por imersão em acetona, metanol, e ua DI durante 3 min cada (Figura 2f); mergulhe a placa na ordem escrita. </li><li> Lavar a placa 3 vezes com ouro ua DI durante 10 s. Seca com gás N2 para remover a água DI. </li><li> Colocar a placa de ouro sobre a placa quente durante 3 min a 120 ° C, para remover completamente a humidade; o bloco ouro produzida deve ser de 400 x 150? m 2 (figura 2h). </li><li> Moinho um nanohole de 400 nm, utilizando um feixe de iões focado (FIB) no centro do bloco de ouro que foi fabricado após o condicionamento (Figuras 2 g e i). Criar um teste padrão do círculo de 370 nm para se concentrar no bl ouroock com um ião de tensão de aceleração de 30 kV a 28 Pa durante 3 s. </li></ol> 3. Assembleia da Microchip <ol><li> Tratar as duas superfícies do microcanal PDMS e placa de ouro durante 1 min com O2 do plasma para fixá-los em conjunto com um sistema de plasma a uma potência de 80 W e uma pressão de 825 mTorr 25. NOTA: é notavelmente difícil para anexá-los com precisão porque o bloco de ouro e PDMS microcanal estão no nível micrômetro. Assim, usar um alinhador com uma câmara e uma etapa manual. </li><li> Fixar a bolacha de vidro que é usado para fixar a máscara de película para o suporte de máscara do alinhador (Figura 3a). </li><li> Anexar os O-2 tratada -Plasma PDMS microcanal para a pastilha de vidro; porque o PDMS é hidrofílico, ela será facilmente fixar a bolacha de vidro, sem qualquer solução de adesão. Fixar a placa de ouro no substrato de fase o alinhador (Figura 3a). </li><li> Localizar os centros de the SMF orifício do cabo e ouro bloco, que estão alinhados no mesmo eixo, a utilização da câmara no alinhador. Levantar a etapa manual para combinar as duas partes (Figuras 3B e C). </li></ol> 4. Melhoria da rugosidade da superfície Microchip Side by PDMS Coating NOTA: A placa de ouro com dimensões fixas de 400 x 150? M 2 é relativamente mais difícil de cortar para fora do que o material de PDMS. Portanto, para separar o microcanal PDMS a partir da bolacha, uma lâmina de barbear é utilizado para cortar uma peça maior do que a placa de ouro. Depois de combinar as duas partes, as partes excedentes do PDMS em relação à placa de ouro devem então ser cortado de modo a que o interior do canal pode ser observado a partir do lado utilizando um microscópio (Figura 4a). No entanto, a superfície de corte, que é utilizado como uma janela, tem uma rugosidade superficial elevada e, consequentemente, produz imagens nublado das partículas que fluem no canal (Figura4b). Revestimento com a solução PDMS é realizada novamente para resolver esse problema. <ol><li> Preparar a solução de PDMS misturando a base de PDMS e o agente de cura a uma proporção de 10: 1 e agita-se durante 2 min. </li><li> Pour 2 mL da solução de PDMS na placa de Petri e realizar o revestimento por centrifugação durante 30 segundos a 1000 rpm (Figura 4c). </li><li> Coloque a superfície do microchip que vai ser localizado no microscópio sobre a placa de Petri (Figura 4d). Colocar a placa de Petri no forno durante 1 h a 80 ° C para solidificar a solução de PDMS. </li><li> Cortar a borda do microchip e PDMS usando uma lâmina de barbear e, subsequentemente, retirá-la da placa de Petri (Figuras 4e, f). </li></ol> 5. Laser Coupling para inserir o cabo SMF ao Microchip NOTA: Para o sistema de pinça plasmónico, um laser de fibra óptico incidente com um comprimento de onda de 1064-nm é utilizado. O SMF cabo é usado porque o diâmetro da incilaser de dente (5 mm) é também imenso a emitir o feixe de laser no nanohole branqueado no bloco ouro (400 x 150? m 2) na micropastilha. O diâmetro do revestimento do cabo SMF é 125 um. Assim, o laser incidente e cabo SMF deve ser acoplado. <ol><li> Conecte uma lente objetiva de 40X para a objetiva do microscópio montar no acoplador SMF. Fixar o cabo de SMF na braçadeira fibra do acoplador SMF. Alinhar o feixe laser incidente para preencher a abertura de trás da lente objetiva. </li><li> Focar o feixe de laser para o núcleo do cabo SMF, ajustando a fase manual de três eixo equipado no acoplador SMF. </li><li> Inserir a extremidade oposta do cabo de SMF no orifício cabo SMF do microchip. Medir a potência do laser, antes da inserção na extremidade do cabo de fibra, porque o cabo de fibra fixo no microchip não pode ser destacado. </li><li> Vedar o orifício do cabo SMF usando cola epoxi para bloquear o vazamento da solução de partículas que flui a partir do intervalo entre a cabina do SMFle furo (300? m) e o revestimento do cabo SMF (125? m); a extremidade do cabo de fibra inserida não deve entrar no microcanal, para evitar o fluxo de fluido. alinhar manualmente o cabo de fibra usando o feedback visual de modo que seja perpendicular ao bloco ouro que hospeda o nanohole. </li></ol> 6. plasmonic Trapping de Solteiro fluorescente poliestireno partículas na Microchip <ol><li> Anexar a seringa, a qual é preenchida com a solução de partículas, para uma microbomba seringa. Coloque a tampa de vidro no palco amostra do microscópio fluorescente. Conectar tubos para os orifícios de entrada / saída do microchip. Coloque a superfície do microchip PDMS-revestidos no topo do vidro de cobertura. </li><li> Posicionar o microchip ortogonalmente à imersão em água da lente objectiva 60X, observando o interior do canal com a câmara instalada no microscópio fluorescente. Use fita adesiva transparente para fixar o microchip no lugar. Ligar o tubo de entrada do circuito integrado com o ne seringaedle. </li><li> Inserir a solução de partículas para o microchip, controlando a microbomba em 20? M / s. Neste momento, confirmar que a partícula fluorescente pode ser observada bem no canal quando a lâmpada fluorescente está ligado. </li><li> Aguardar até que a solução de partículas sai a partir da saída do circuito integrado. Definir a velocidade de 3.4? M / s. </li><li> Desligue o dispositivo fonte de laser para que ele emite o laser para o nanohole; a partícula fluorescente será preso na borda do nanohole. </li><li> Rampa a velocidade do fluido em incrementos de 0,4? M / s através do controlo da microbomba até que as fugas de partículas retidas. Medir a velocidade do fluido, quando as partículas retidas escapar. Obter a força de captura máxima para cada intensidade do laser utilizando esta velocidade de fluido medido. </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

O cabo SMF foi inserida no orifício do cabo de SMF no circuito integrado, tal como mostrado no ponto rectangular da Figura 6a. Uma vez que o orifício do cabo SMF é maior do que o diâmetro do cabo, cola epóxi foi usado para selar a abertura para bloquear o vazamento da solução de partículas que flui. Antes da aplicação da cola epoxi, o bloco ouro e borda cabo deve ser alinhado coaxialmente à mão usando um microscópio. Embora seja ideal para a extremidade do cabo inserido e o nanohole para ser alinhado coaxialmente, um ligeiro desalinhamento pode ser tolerada pois o feixe de laser diverge uma vez que é emitida a partir do final do NA SMF borda 0,14 cabo, e o feixe atinge uma muito maior região. Porque o microchip foi configurado para ser perpendicular ao eixo óptico do microscópio, não foi possível observar directamente o local da nanohole. A localização do nanohole só pode ser indirectamente determinada pela observação da localização da partícula plasmonically preso no nanohole. UMAsolução pode ser fornecida através da instalação de uma câmara para o cabo de fibra e usá-lo para monitorar o bloco ouro. A característica distintiva do microchip é a sua capacidade de monitorar o movimento das partículas perto da nanohole plasmonic em tempo real. O movimento da partícula segue o cenário descrito abaixo. Quando o fluido flui as partículas para a frente, algumas partículas movem-se para o bloco ouro. Em alguns casos, uma partícula recebe nomeadamente perto da borda do nanohole devido à atração para o nanohole e, eventualmente, torna-se imobilizado. Neste momento, a força exercida sobre a óptica de partícula excede a força de fluido. Subsequentemente, a partícula imobilizada escapa do aro nanohole quando o fluido velocidade aumenta; assim, a força de fluido torna-se mais forte do que a força óptico. A força máxima de captura pode ser medido a partir deste terminal de velocidade do fluido. No entanto, a equação da força de arrasto convencional não pode ser utilizado porque a partícula se encontra em contacto físico com o gparede de idade na nanohole. Para considerar o efeito de superfície da parede do ouro, utilizou-se o método dos elementos finitos, o qual considera o movimento do fluido perto da superfície, e obtido a força de fluido. Nós introduzimos uma nova configuração de pinça plasmonic que permite o monitoramento da dinâmica de partículas ao longo do eixo do feixe laser. Em contraste, os estudos anteriores têm apenas introduzido movimento das partículas no plano perpendicular ao eixo do feixe de raios laser, como por exemplo com o nanoblock 12, nanodisk 13, 14, 19, 21, 20 nanoStick, e nanopyramid 18. Além disso, no caso de tipos de nanohole, preensão só pode ser testemunhado por monitorização do sinal de dispersão, e não pela monitorização visual 10, 11, 23. Contudo,não foi possível medir com precisão a posição de partículas por causa das capacidades limitadas de técnicas de imagem atuais. A qualidade de imagem deve ser melhorada para confirmar as medições de deslocamento exatas. Esta técnica pode ser aplicada na caracterização e biosensoriamento de uma única molécula.

A capacidade para manipular objectos microescala é uma característica indispensável para muitas experiências de micro / nano. manipulações de contacto directo pode danificar os objectos manipulados. Liberando os objetos anteriormente detidas também é um desafio por causa de problemas stiction. Para ultrapassar estes problemas, vários métodos indirectos usando fluídica 1, 2 eléctrico, magnético 3, ou forças fotónicas 4, 5, 6, 7, 8, têm sido propostos. Pinças plasmonic que usam forças fotônicos são baseados na física de extraordinárias realce campo várias ordens maiores do que a intensidade incidente 9. Este melhoramento campo extremamente forte permite que o aprisionamento de nanopartículas extremamente pequenas. Por exemplo, tem sido demonstrado para imobilizar e manipular nanoescalaobjectos, tais como partículas de poliestireno 7, 10, 11, 12, 13, 14, 15 cadeias de polímeros, proteínas 16, quantum dots 17, e as moléculas de ADN 8, 18. Sem pinças plasmonic, é difícil para as nanopartículas de armadilha porque eles desaparecem rapidamente antes de serem eficazmente examinados ou porque elas são danificadas devido à alta intensidade do laser. Muitos estudos plasmonic têm usado várias estruturas de ouro em nanoescala. Podemos categorizar as estruturas de ouro como saliente tipos nanodisk 12, 13, 14, 15, 19 <s-se&gt;, 20, 21 ou suprimidos tipos nanohole 7, 8, 10, 11, 22, 23. Em termos de conveniência de imagiologia, os tipos nanodisk são mais adequados do que os tipos nanohole porque, para estes últimos, os substratos de ouro podem obstruir a vista de observação. Além disso, a retenção ocorre plasmónico perto da estrutura plasmónico e faz observação ainda mais difícil. Para o melhor de nosso conhecimento, trapping plasmonic em tipos nanohole só foi verificada através de sinais de espalhamento indiretos. No entanto, há observações diretas de sucesso, como imagens microscópicas, foram relatados. Alguns estudos têm descrito a posição de partículas retidas. Um tal resultado foi apresentado por Wang et al. Eles criaram um pilar de ouro sobre um substrato de ouro e observou o partigo movimento utilizando um microscópio de fluorescência 24. No entanto, isto só é eficaz para monitorizar os movimentos laterais não na direcção paralela ao eixo do feixe. Neste artigo, apresentamos novos procedimentos de design microchip e fabricação fluídicos. Usando este chip, que demonstram o controlo de partículas plasmonically presos, tanto em direcções paralelas e ortogonais ao nanoestrutura plasmónico. Além disso, nós medimos a força máxima da partícula imobilizada através do aumento da velocidade do fluido para encontrar a velocidade de inflexão no microchip. Este estudo é único porque a maioria dos estudos sobre pinças plasmonic não pode mostrar quantitativamente as forças de captura máximos utilizados nas respectivas montagens experimentais.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Negative photoresist&#160;</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>SU-8 2075</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developer</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>SU-8 Developer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive photoresist&#160;</td>
			<td>Merck Ltd.</td>
			<td>AZ GXR-601</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ Photoresist Developers</td>
			<td>Merck Ltd.</td>
			<td>AZ 300 MIF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HMDS</td>
			<td>Merck Ltd.</td>
			<td>AZ Adhesion Promoter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aligner</td>
			<td>Midas System</td>
			<td>MDA 400M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atmospheric plasma machine&#160;</td>
			<td>Atmospheric Process 
			Plasma Co.</td>
			<td>IDP-1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184 A/B</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold coated test slides</td>
			<td>EMF Co.</td>
			<td>TA124(Ti/Au)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au etchant&#160;</td>
			<td>Transene Inc.</td>
			<td>TFA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ti etchant&#160;</td>
			<td>Transene Inc.</td>
			<td>TFT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40X objective lens&#160;</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>40X DIN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60X water immersion 
			objective lens&#160;</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>LUMPLFLN 60XW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical fiber incident laser&#160;</td>
			<td>IPG Photonic</td>
			<td>YLR 10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMF coupler</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MBT612D/M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe micropump</td>
			<td>Harvard</td>
			<td>PC2 70-4501</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescent microscope&#160;</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX-51</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma system</td>
			<td>Femto Science Inc</td>
			<td>CUTE-MPR</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

plasmonic trapping and release of nanoparticles in a monitoring environment

pinças plasmonic usar polaritons plasmon de superfície para confinar objetos em nanoescala polarizáveis. Entre os vários modelos de pinças plasmonic, apenas algumas partículas podem observar imobilizadas. Além disso, um número limitado de estudos têm medido experimentalmente as forças exertable sobre as partículas. Os desenhos podem ser classificadas como do tipo nanodisk saliente ou do tipo nanohole suprimida. Para este último, a observação microscópica é extremamente desafiador. Neste trabalho, um novo sistema de pinça plasmónico é introduzida para monitorizar partículas, tanto em direcções paralelas e ortogonais ao eixo de simetria de uma estrutura nanohole plasmónico. Este recurso permite-nos observar o movimento de cada partícula perto da borda do nanohole. Além disso, podemos estimar quantitativamente as forças de captura máximos, utilizando um novo canal fluídico.

O processo de fabricação do microcanal e ouro nanohole placa PDMS é mostrado nas Figuras 1 e 2. O método de combinar as duas partes e o microchip real é mostrada na Figura 3. O PDMS foi cortada para revelar o interior do canal a partir do lado da micropastilha. No entanto, foi difícil de observar as partículas que fluem no canal, devido à rugosidade da superfície do plano de corte. Assim, introduzimos o método de revestimento PDMS para resolver este problema, tal como mostrado na Figura 4. Observou-5-m, que flui partículas de poliestireno em que o microchip para confirmar o efeito do revestimento PDMS. A Figura 5 mostra o circuito integrado fabricado real e partículas observada no microchip usando o microscópio. A Figura 5a e c são o antes e depois aparecidosNCES do microchip. Figura 5b e d são as superfícies ampliadas de cada. A figura 5e mostra partículas borradas fluir, enquanto que a figura 5f mostra que as arestas das partículas são notavelmente clara e que os movimentos podem ser monitorizados. Tal como acima, o revestimento de superfície de PDMS o microchip é essencial para o controlo de partículas retidas. A Figura 6 mostra o poliestireno de partícula de 100 nm passando por captura óptica plasmónico pelo sistema de pinça plasmónico. Foi utilizado um cabo de SMF com uma abertura numérica de 0,14 (NA). Um tubo foi inserido nos orifícios de entrada / saída do canal de microchip. Uma microbomba foi usada para introduzir e recolher a solução de partículas de poliestireno fluorescentes de 100 nm. Para enfatizar o aspecto interior da partícula aprisionada pelo fenómeno plasmónico, as partes a ponteado da Figura 6a foram ampliadas como uma inserção, <strong&gt; Figura 6b. O laser emitido pelo SMF cabo inserido no microchip foi emitido para o nanohole do bloco de ouro, e a partícula fluiu a partir da esquerda para a direita. Circulação foi detectado no aro nanohole, onde o reforço campo foi o mais forte. A Figura 7 mostra imagens consecutivas, onde um de 100 nm fluorescente de partículas de poliestireno que fluiu no microcanal foi presas e libertadas no nanohole na intensidade de 0,42 mW /? M 2. As partículas fluíram a uma velocidade constante de 3,4? M / s na direcção do fluido, conforme mostrado na Figura 7a. Após o laser foi ligado, uma das partículas foi preso no nanohole, como mostrado na Figura 7b. Pelo contrário, outra partícula fluiu para o fluxo, tal como mostrado na Figura 7c. Em seguida, a velocidade de fluxo foi aumentada até que a partícula preso escapou. A figura 7d mostra a paArtigo escapar da armadilha. Neste momento, pode-se estimar a força de aprisionamento com observação directa através da medição da velocidade do fluido quando a partícula escapou. Também trabalhou na direção oposta. Em vez de aumentar a velocidade do fluido, que diminuiu gradualmente a potência do laser, em decrementos de 1 mW e gravada a intensidade quando a partícula escapou. Esta intensidade do laser é definida como a intensidade mínima do laser de captura e foi medido como sendo de 0,24 mW /? M 2. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55258/55258fig1.jpg" /> Figura 1. Fabricação do microcanal PDMS. (A) Preparação da bolacha de Si. (B) revestimento Photoresist rotação da pastilha. (C) fabricado molde de microcanais pelo processo de fotolitografia. (D) solidificação PDMS usando um forno depois de verter a solução de PDMS na bolacha. (e) PDMS corte microcanal. (F) PDMS descolamento microcanal da bolacha. (G) de entrada / saída e orifícios de cabo SMF perfurado no microcanal PDMS. (H) real solidificou PDMS na bolacha. (I) A PDMS destacadas microcanal. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55258/55258fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55258/55258fig2.jpg" /> Figura 2. Fabrico da nanohole sobre a placa de ouro depois do processo de gravação. (A) A deposição de Au e Ti no vidro. Revestimento por centrifugação (b) Photoresist da placa de ouro. (C) remoção fotorresistente dissolvido após exposição à luz UV. (D) condicionamento Au. Gravura (e) Ti. (F) re fotorresistente remanescente<html> moval. (G) Nanohole moagem por um feixe de iões focado sobre o bloco ouro. (H) A real bloco ouro fabricado. (I) nanohole moída real sobre o bloco de ouro. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55258/55258fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55258/55258fig3.jpg" /> Figura 3. Processo de montagem do microchip. (A) Corrigir o microcanal PDMS e placa de ouro sobre o suporte de máscara e fase substrato, respectivamente, equipadas no alinhador. (B) combinação da parte de microcanais PDMS e a placa de ouro depois de tratamento de superfície com plasma de O2. (C, d) microchip montado depois de combinação. (E) remoção do excesso do microcanal PDMS.ce.jove.com/files/ftp_upload/55258/55258fig3large.jpg&quot; target = &#39;_ blank&#39;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55258/55258fig4.jpg" /> Figura 4. Processo de melhoria rugosidade da superfície de revestimento por PDMS. (A) remover o excesso de quantidade usando uma lâmina depois de combinar as duas partes. (B) alta rugosidade da superfície do microchip após o corte. Revestimento por centrifugação (c) PDMS solução numa placa de Petri. (D) imersão da superfície da janela do microchip na solução PDMS revestido por centrifugação. (E) revestido PDMS-microchip descolamento da placa de Petri. (F) Melhoria da rugosidade superficial do revestimento por PDMS. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55258/55258fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Figura 5. montado microchip e observação de partículas de poliestireno 5 mícrons no microcanal antes e depois do revestimento PDMS. (A, b) Microchip antes do revestimento PDMS e a visualização ampliada. (C, d) Microchip após revestimento PDMS e a visualização ampliada. (E, F) Observação de partículas no microcanal antes e depois do revestimento PDMS. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55258/55258fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/55258/55258fig6.jpg" /> Figura 6. Projetado sistema de pinça plasmonic. (A) Esquema do sistema de pinça plasmónico. (b </strong&gt;) Trapping de um 100-nm de partículas de poliestireno fluorescentes na borda do nanohole no microchip. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55258/55258fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/55258/55258fig7.jpg" /> Figura 7. Trapping e libertar de um 100-nm de partículas de poliestireno fluorescentes no microcanal. (A) O microcanal com uma partícula que flui para dentro da corrente. (B, c) partícula Preso no nanohole em comparação com uma outra partícula. (D) de partículas que escapou da armadilha devido ao aumento da força de fluido. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55258/55258fig7large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Um processo de fabricação microchip, que incorpora uma pinça plasmonic é apresentado aqui. O microchip permite a imagiologia de uma partícula preso para medir as forças máximas de armadilhagem.

Plasmonic captura e liberação de nanopartículas em um ambiente de Monitoramento

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

plasmonic-trapping-release-nanoparticles-monitoring

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

7.5K visualizações.  Korea Basic Science Institute (KBSI).  Um processo de fabricação microchip, que incorpora uma pinça plasmonic é apresentado aqui. O microchip permite a imagiologia de uma partícula preso para medir as forças máximas de armadilhagem. 

Vídeo: Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Engenharia

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

Captura óptica de nanopartículas

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

Construção de um microscópio de alta resolução com recursos de captura óptica convencional e holográfico

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Projeto, fabricação e Experimental Caracterização de plasmônicos Emissores Terahertz Photoconductive

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

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 ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

Analisando o movimento da Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Por Optical Rastreamento de plasmônicos Nanopartículas

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

Tomografia de raios-X de energia dispersiva para 3D Elemental Mapeamento de nanopartículas individuais

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

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

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

Medição da Dispersão Não-linearidades de um Nanoparticle plasmonic Individual

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

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

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

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

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

Híbrido multifuncional Fe<sub&gt; 2</sub&gt; ó<sub&gt; 3</sub&gt; -au Nanopartículas para Aquecimento plasmonic Eficiente

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

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Fabricação de alta temperatura de nanoestruturado ria-Stabilized Zirconia-Scaffolds (ZEI) pela<em&gt; In Situ</em&gt; Carbono Templating xerogéis

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...