광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조
Summary
폴리머로부터 마이크로 스피어 합성, 마이크로 스피어 조작 및 마이크로 포토 루미 네 슨 측정을위한 프로토콜이 제시됩니다.
Abstract
이 논문은 π 공액 또는 비 공액 폴리머를 포함하는 형광 마이크로 스피어를 준비하는 세 가지 방법, 즉 증기 확산, 계면 침전 및 미니 에멀젼을 설명합니다. 모든 방법에서 잘 정의 된 마이크로 미터 크기의 구체는 솔루션의 자체 조립 공정에서 얻을 수 있습니다. 증기 확산 방법은 구형도 및 표면 평활성이 가장 높은 구체를 생성 할 수 있지만, 이러한 구체를 형성 할 수있는 중합체의 종류는 제한적입니다. 다른 한편, 미니 에멀젼 방법에서 마이크로 스피어는 동일 평면, π- 공액 백본을 갖는 고결 정성 폴리머로부터조차 다양한 유형의 폴리머로 만들 수 있습니다. 단일 격리 된 마이크로 스피어의 광 발광 (photoluminescent : PL) 특성은 특이합니다 : PL은 구체 내부에 갇혀 있고 중합체 / 공기 계면에서 내부 전반사를 통해 구체의 원주에서 전파되고 자기 간섭으로 예리하고주기적인 공진이 나타납니다 PL 라인. 이러한 공명g 모드는 소위 "속삭이는 갤러리 모드"(WGM)입니다. 이 작품은 마이크로 photoluminescence (μ – PL) 기법을 사용하여 단일 고립 된 분야에서 WGM PL을 측정하는 방법을 보여줍니다. 이 기술에서, 집속 된 레이저 빔은 단일 마이크로 스피어를 조사하고, 발광은 분광계에 의해 검출된다. 그런 다음 마이크로 조작법을 사용하여 마이크로 스피어를 하나씩 연결하고 한 구체의 둘레에서 여기시 결합 된 마이크로 스피어에서 색상 간 변환 및 색상 변환을 보여주고 다른 마이크로 스피어에서 PL을 감지합니다. 이러한 기법 인 μ-PL과 미세 조작은 고분자 재료를 이용한 마이크로 광학 응용에 대한 실험에 유용합니다.
Introduction
고분자 나노 / 미세 입자는 촉매 지지체, 칼럼 크로마토 그래피 충진제, 약물 전달체, 세포 추적 용 형광 탐침, 광 매체 등을 포함하는 다양한 응용 분야에 널리 사용됩니다 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 . 특히, π- 공액 중합체는 고유 한 발광 및 전하 전도 특성을 가지며, 중합체 구체 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 특히 연질 조직을 사용하는 레이저 응용을 사용하여 광학, 전자 및 광전자 응용에 유리하다( 15 , 16 , 17)를 포함 한다. 예를 들어, 수백 나노 미터 직경의 구체의 3 차원 적 통합은 특정 파장 18 , 19 에서 광 밴드 갭을 나타내는 콜로이드 결정을 형성합니다. intersphere주기 구조에 빛이 가두면 레이 징 동작이 정지 대역의 중간에 나타납니다. 반면에, 구체의 크기가 수 ㎛ 규모로 증가하면, 광은 중합체 / 공기 계면 (20) 에서의 전체 내부 반사를 통해 단일 마이크로 스피어 내로 제한된다. 최대 원주에서 광파가 전파되면 간섭이 발생하여 날카 롭고주기적인 방출 선을 갖는 공진 모드가 나타난다. 이러한 광학 모드는 소위 "속삭이는 갤러리 모드"(WGM)입니다. "속삭이는 갤러리"라는 용어는런던의 성 폴 성당 (St. Paul 's Cathedral) : 음파가 벽의 둘레를 따라 전파되어 갤러리의 다른쪽에있는 사람이 속삭이는 소리를들을 수 있습니다. 빛의 파장은 음파보다 훨씬 작은 서브 마이크로 미터 스케일이기 때문에, WGM 빛에는 마이크로 씬 (microspheres), 마이크로 디스크 (microdisc)와 같은 미세한 마이크로 미터 스케일의 잘 정의 된 혈관이 필요하지 않습니다. , 미세 결정은 WGM 조건을 충족시킵니다.
방정식 1은 WGM 공명 조건의 간단한 형태이다. 21 :
nπd = lλ (1)
여기서, n 은 공진기의 굴절률, d 는 직경, l 은 정수, λ 는 빛의 파장이다. (1)의 왼쪽 부분은 하나의 원 전파를 통한 광 경로 길이입니다. 광경로가파장의 정수 배수 일 때, 공진이 일어나고, 다른 파장에서는 라운딩시 광파가 감소합니다.
이 논문은 증기 확산 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 미니 에멀젼 31 및 계면 강수 32의 WGM 공진기 용액을위한 공액 고분자의 마이크로 스피어를 준비하는 몇 가지 실험 방법을 소개합니다. 각 방법에는 고유 한 특성이 있습니다. 예를 들어, 증기 확산 법은 매우 높은 구형 및 매끄러운 표면을 갖는 잘 정의 된 미소 구를 제공하지만, 저 결정 성 중합체 만이 미소 구체를 형성 할 수있다. 한편, 미니 에멀젼방법으로는, 고결 정성 중합체를 포함하는 다양한 종류의 공액 중합체가 구형을 형성 할 수 있지만, 표면 형태학은 증기 확산법에서 얻어진 것보다 열등하다. 계면 침전 방법은 염료로 도핑 된 비 공액 중합체로부터 미소 구를 제조하는 데 바람직하다. 모든 경우에있어서, 용매 및 비 – 용매의 선택은 구 형태의 형성에 중요한 역할을한다.
이 백서의 후반부에는 μ-PL 및 미세 조작 기법이 제시됩니다. μ-PL 기술의 경우, 마이크로 스피어가 기판에 분산되고, 현미경 렌즈를 통해 집속 된 레이저 빔이 단일 격리 된 마이크로 스피어 24 를 조사하는 데 사용됩니다. 생성 된 구형의 PL은 현미경 렌즈를 통해 분광계로 검출됩니다. 샘플 스테이지를 움직이면 여기 지점의 위치가 달라질 수 있습니다. 검출 포인트는 또한 엑시스의 콜리메이터 광학을 기울임으로써 가변적이다( 28 , 32)의 광축에 대하여 레이저 광을 조사한다. intersphere 광 전파 및 파장 변환을 조사하기 위해 마이크로 조작 기술을 사용할 수 있습니다 32 . 광학 특성이 다른 여러 개의 미소 구를 연결하려면 하나의 구를 마이크로 바늘로 집어 다른 구에 올려 놓는 것이 가능합니다. 마이크로 조작 기술 및 μ-PL 방법과 함께, 간단한자가 조립 방법으로 제조 된 공액 고분자 구를 사용하여 다양한 광학 측정을 수행 할 수 있습니다. 이 비디오 종이는 광학 응용을 위해 부드러운 고분자 재료를 사용하고자하는 독자에게 유용 할 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
The selection of a good solvent and non-solvent is very important for the self-assembly of well-defined microspheres. If the solubility of a polymer is too high, precipitation will not occur. Also, in general, π-conjugated polymers are hydrophobic, so polar non-solvents, such as MeOH, acetonitrile, and acetone, are often used in the vapor diffusion method to minimize the surface energy required to form a spherical shape. The interface precipitation method is often adopted for the preparation of dye-doped polymer mic…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 JSPS / MEXT Japan, 아사히 글래스 재단, 쓰쿠바 대학의 전략적 이니셔티브 인 "KAKENHI (25708020, 15K13812, 15H00860, 15H00986, 16H02081)의 지원을 받았다.
Materials
| polystyrene | Aldrich | 132427-25G | |
| sodium dodecylsulfate | Kanto Kagaku | 372035-31 | |
| tetrahydrofuran | Wako | 206-08744 | |
| chloroform | Wako | 038-18495 | |
| methanol | Wako | 139-13995 | |
| Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) | Aldrich | 571652-500MG | |
| Poly[2-methoxy-5-(3′,7′-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MDMOPPV) | Aldrich | 546461-1G | |
| poly[(9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl)-alt-(5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione-1,3-diyl)] (P1) | synthesized | – | reference 28 |
| poly[(N-(2-heptylundecyl)carbazole-2,7-diyl)-alt-(4,8-bis[(dodecyl)carbonyl]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl)] (P2) | synthesized | – | reference 28 |
| fluorescent dye (boron dipyrrin; BODIPY) | synthesized | – | reference 32 |
| Optical Microscope | Nicon | Eclipse LV-N | |
| laser_405 nm | Hutech | DH405-10-5 | |
| laser_355 nm | CNI | MPL-F-355-10ｍW | |
| Spectrometer | Lambda Vision | LV-MC3/T | |
| Homogenizer | Microtech Nichion | Physcotron NS-360D | |
| micromanipulation | Microsupport | Quick Pro QP-3RH |
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