İnşaat ve ışık tahrik altın Nanorod Rotary Motor sistemi

1. dairesel yayın Optik cımbız nanopartikül rotasyon için polarize Kur uygun ters mikroskop etrafında inşa ve görünür kırmızı dalga boyu lazer kullanın (660 nm). Deneysel kurulumunun şematik Şekil 2′ de sunulmuştur. Bir lazer ile istikrarlı bir çıkış güç 500’a kadar seçtiğinizden emin olun mW (50 civarında örnek boyutunda bir güç üreten mW). Ayrıca bileşenleri geri kalanını gerçekleştirmek de bindirme lazer dalgaboyu emin olun. Kuru bir hedefi bir sayısal diyafram 0.95 ila 40 X büyütme ile (NA) kullanın. Her zaman koruyucu gözlük giymek ve (özellikle sigara görünür lazerler kullanıyorsanız) iyi lazer güvenliği sağlamak. Hizalama en az lazer gücü üzerinde gerçekleştirin. Tüm lazer yolun her iki güvenliği için ve termal drift ve ışık yolunu toz önlemek için kapsülleyen.Not: lazer çıktısını polarizasyon durumuna bağlı olarak, bir doğrusal polarize ilk optik bileşeni olarak yerleştirme Optik cımbız faydalı olacağını. Lazer polarizasyon doğrusal zaten varsa, bu bileşen atlanabilir. Lazer ışını ışın çapı biraz bindirme amacı arka diyafram büyüktür şekilde genişletmek için Keplerian teleskop yapılandırmasında (lensler vasıl dip-in Şekil 2) bir çift olumlu lenslerin kullanın.Not: Bu olanaklı kılmak amacı tüm NA kullanın ve sınırlı kırınım odak en uygun bindirme sertlik kaynaklanan tuzak11, üretecek. Bindirme lazer ışını genişletici sonra düzgün collimated emin olun. Bu ışın boyutu olduğunu kapatmak için değişmeden amaç için (veya bir kesme Girişmölçeri kullanarak) yayılıyor emin olarak yapılabilir. Kinematik ayna bağlar monte edilmiş iki aynalar (M1 ve M2 Şekil2), kullanmak (ve gerekirse, bir çeviri sahne), lazer ışını mikroskobu kurulum yönlendirmek için.Not 1: lazer aynalar ve waveplates ve beamsplitters gibi ek optik öğeleri eklemek için mikroskop arasında yeterli boşluk tutmak.Not 2: lazer göz veya herhangi bir erişilebilir diğer ışık mikroskobu çıkmadan uzak her zaman filtre olduğundan emin olun. Bir beamsplitter kullanın (50/50 kısmi iletim/yansıma burada kullanılan, ama bir dikroik Ayrıca de işe yarayabilir) içinde mikroskop çift lazer ışığı görüntüleme ve ölçüm yeteneği mikroskop kurulumunda kaybetmeden amaç, içine için. Bir kamera içerir (bkz. Şekil 2) sonraki deneysel gözlem ve veri kayıt için Kur. Bir sistem bir göz olmadan kullanılırsa, bu herhangi bir hizalama için çok önemlidir. Lazer bir cam slayt veya bir ayna odaklanmak. Lazer hizalanır ve amaç doğru bir açıyla girer, lazer yoğunluğu desen odağı odak noktası altında ve üstünde değiştirirken radyal simetrik. En iyi lazer hizalama (1.9 içinde açıklandığı gibi) elde etmek için lazer aynalar (M1 ve M2 Şekil2) açılarını ince ayar yapın. Dairesel yayın lazer ışığı polarize. Amaç üzerinde ışık yolunu, lazer lazer doğrusal polarizasyon için 45 ° de hızlı kendi ekseni ile odaklı bir çeyrek-dalga tabak (QWP; λ/4 resim 2) aracılığıyla dairesel yayın yapan ışık doğrusal polarize ışığın dönüştürmek ışık geçmek örnek uçak. 360 ° dönebilen bir doğrusal polarize ve objektif önünde bir güç metre ayarlayın. Polarizasyon doğrusal polarize döndürme ve birincil ve ikincil eksen veya polarizasyon elips karşılık gelen maksimum ve minimum güç belirterek ile kontrol edin.Not: Oranı 0.9 en uygun döndürme performans için daha yüksek olmalıdır. Bu ulaşmış değil, bir çözüm için adım 4.2 bakın. Örnek uçak, lazer güç ölçmek. Lazer güç örnek uçak, soruşturma için bir optik güç ölçer kullanın. Bindirme gücünü doğru bir ölçüm için amaç delip geçmiş tüm ışık toplamak için dikkat ediniz. Çıktı laser güçlere sahip doğrusal bir tarama gerçekleştirin ve örnek uçak güç yoğunluğu için sonraki dönüşüm için karşılık gelen güçleri tuzağa kaydedin. Köhler bir karanlık alan (DF) sistemi bir yağ kullanarak aydınlatma görselleştirme parçacıklar ve yakalama olayları etkinleştirmek için DF kondansatör dalmış. Bu kapana kısılmış nano tanecikleri görüntüleme ve spektroskopik ölçümler için izin verir. 2. enstrümantasyon ölçümler için dönme, dönme Brown dinamiği ve spektroskopik özellikleri Foton korelasyon spektroskopisi tek piksellik dedektörü kullanarak. Bir beamsplitter (30R/70T) backscattered ışık nanopartikül ayıklamak için optik yol yerleştirin. Hızlı tek piksellik Si fotodiyot sinyalleri kaydını etkinleştirmek için veri edinme kartına bağlayın.Not: Beklenen dönme frekans (kHz birkaç on) ölçme yeteneğine sahip bir fotodiyot/DAQ olması önemlidir. Odak bir xyiçinde sabit bir koleksiyon lif üzerine ışık-çeviri Dağı. Bir doğrusal polarize önce koleksiyonu lif eklemek. Koleksiyon fiber hizalamasını, görünür ışık substrat aydınlatmak için lif çıkış ucuna birkaç. Bu görselleştirme ve analiz fiber koleksiyonu bölgesinin sağlar. Xykullanarak fiber konumunu ayarlamak-çeviri bağlamak, böylece kendi koleksiyonu bölgesinde optik tuzak konumu ile örtüşmektedir. Fiber çıkış sonu Si-bulmak-e doğru bağlamak ve ince ayar toplanan geri maksimize etmek için lif konumunu dağınık sinyal. Karanlık alan spektroskopisi ayarı. Bakım örnek ve spektrometre, ışık ilgi spektral Aralık içinde engellemek değil sırayla arasındaki yolda tüm optik bileşenleri seçiminde alınması gerekiyor unutmayın. Doğrudan dağınık ve/veya yansıyan lazer ışık Spektrometre sensör zarar verebilir gibi dikkatli. Lazer ışık uygun filtreler ve/veya dichroic beamsplitters kullanarak engelleyin. Her zaman en az lazer gücüyle hizalama kurulumu gerçekleştirin. Işık spektrometre için yönlendirmek için optik yol bir beamsplitter/ayna koyun (Bu protokol için bir boş alan eşleşmiş Spektrometre kullanılır). E¤er uygun bir mikroskoplar bağlantı noktaları da kullanılabilir, çıkış. Çentik filtreleri diğer durumda faiz nanopartikül spektral yanıt karanlık olacak yoğun bindirme lazer ışık (Toplam OD12 lazer dalga boyu, bizim durumumuzda yeterli tıkanıklık için ihtiyaç filtreleri), kaldırmak için kullanın. Yol gösterici aynalar (M1 ve M2 Şekil2) tarafından Optik cımbız konumunu ayarlamak Spektrometre slit konumu ile çakışacak şekilde.Not 1: Optik tuzak konumunu değişimler realignment-in foton korelasyon ölçüm sistemi (yönergeler 2.1.4-2.1.5) gerektirir.Not 2: Optik cımbız yeni konumunda, yönergeleri 1.9-1,10 iyi hizalanmış bir optik tuzak ulaşmak için tekrarlanması gerekiyor. 3. deneysel bir işlem Deneyler için hazırlık parçacıkların. DI-su parçacıkları sulandırmak. Nanorods uygun bir konsantrasyon 0,1 0,01 arasında bir Aralık içinde olmalıdır pM. Solüsyon içeren bir ultrasonik temizleyici banyo ayrı mümkün toplamları kırmaya ve çözüm homojenize 2 min için seyreltilmiş çözümde temizleyicide. Nanorods seyreltme konsantrasyonu bindirme birden çok parçacık önlemek için ayarlayın. Gerçekleştirilecek uzun deneme, düşük yoğunluklu birden fazla parçacıkları veya contaminations yakalama riskini azaltmak için gerekli. Örnek hücre hazırlanması. Bir mikroskop slayt ve bir cam (No 1.5) aseton ve daha sonra isopropanol sonication için beş dakika altında sırasıyla yıkayın.Not: cam slayt deney sırasında yüzey ücretten kolloidal nano tanecikleri olarak aynı polarite bulunduğundan emin olun. Yüzey aktif hexadecyltrimethylammonium bromür (CTAB) tarafından stabilize nano tanecikleri olumlu ücret uygulanır. 100 µm spacer kaseti de cam slayt üzerinde yerleştirin. Cam üzerinde iyi ve 2 µL içinde mikroskop slaytta seyreltilmiş nanopartikül çözüm 2 µL dağıtmak. Çözüm her iki yüzeylerde örnek hücre daha fazla kontrol edilebilir bir derleme için verir. Örnek hücre iki bölümden herhangi bir hava kabarcıkları odası içinde şekillendirme kaçınırken birbirine bağlar. Mikroskop sahne alanı’nda yerleştirin ve kondansatör üzerinde bir damla (daldırma) dizin eşlemeli yağı örnek ve bir damla üstüne yerleştirin. Bu ışık scatters ve DF aydınlatma karşıtlığı azaltır yağ her tarafı kaçının kabarcıkları üzerinde damla. Bir deney sahne. Bir parçacık gözlem yoluyla DF görüntüleme sisteminde bulun. Bir tek nanorod genellikle renk (en güçlü LSPR rezonans karşılık gelen) ve Albert hareket (daha toplamları düzensiz) gözlem yoluyla tespit edilebilir. Başlat/bindirme lazer engelini kaldırmak. Sahne hareket ve odak düzeltmeler bir dizi, radyasyon basıncı Seçilen parçacık yolu ile su-glass arayüzü yönelik lazer’ın yayılma yönde itin. Arayüz, z-hareket radyasyon basıncı ve Coulomb itme nanopartikül yüzeyi CTAB moleküller ve pozitif yüklü yüzey arasında arasında bir denge tarafından kısıtlanmış. Xy-dalgalanmaları Optik cımbız degrade güçleri tarafından sınırlı. Küçük odak düzeltme (aşağıda öğretim 3.4 açıklandığı gibi) otokorelasyon verilerden gauged bindirme istikrar veya rotasyon hızı, en üst düzeye çıkarmak. Bu noktada, dönme dinamikleri ve kapana nanorod spektroskopik özellikleri kaydetmek. Bunlar soruşturma yönergeler 3.4 ve 3.5 aşağıda bakın. Bu uzun bir süre, gerekirse birkaç saat kadar üzerinden yapılabilir. Dönme dynamics ölçümleri. Her zaman onun translasyonel hareket sırasında parçacık görüntüsünü alın için yeterli büyüklükte fiber bir koleksiyon bölge var emin olun. Toplamak yoğunluğu salınım sinyal Si photodetector uygun bir zamanda yoklama sıklığı ve koleksiyonu ile. 65536 Hz ve 1 s edinme kez ile başlamak seçin ve gerekirse ayarlayın.Not: frekans sondalama en az iki (ve en iyi şekilde on) kez tespit dönme Simetri (N, aşağıya bakınız) derecesi ile çarpılır döndürme frekans daha büyük olmalıdır. Koleksiyon zaman döndürme frekans önemli ölçüde daha düşük frekanslar elde edebilmek yeterince uzun olmalıdır. Yoğunluk dalgalanma veri kümesi dönen bir nanopartikül sonra toplanan sahip, yoğunluk dalgalanma otokorelasyon hesaplayın. Bu sinyal bir zaman gecikmeli kopya-in kendisi için her gecikme süresi τ ile korelasyon hesaplayarak yapılır (i.e.,C(τ) = {ben(τ) · Ben(0)}). Bir uyum için teorik otokorelasyon işlev gerçekleştirmekOrtalama Yoğunluk, ben1 nerede ben0 yoğunluğu dalgalanma genliği ve N derecesi tespit dönme Simetri (çubuk benzeri parçacıklar N = 2 için)2,3. Uygun döndürme frekans fçürümeye ve çürüme zamanı (dönme Albert hareketi dinamikleri ile ilgili) otokorelasyon sinyal τ0 ayıklayın. Spektroskopik ölçümler. Bir beyaz ışık spektrumu (benbeyaz(λ)) aydınlatma ışık toplayarak kaydedin. Bu yoğun düzgün bir yüzeye polistren boncuk saçılma ve onların saçılma yanıt toplama malzemeleri tarafından yapılabilir. Ne zaman bir parçacık değil sıkıştı da bindirme yerde kaçak ışık toplayarak bir arka plan spektrum (benbkg(λ)) kaydedin.Not 1: arka plan özellikleri önemli ölçüde farklı örnek hücreleri ve bir örnek içinde bile konumlar arasında değişebilir bu yana bireysel her ölçüm için yapılması gerekir.Not 2: arka plan spectra kayıt olarak optik bindirme için kullanılan aynı lazer güç için yapılmalıdır. Bu bir cam slayt, yüksek lazer yoğunluklarda odak tarafından heyecan herhangi bir olası otomatik floresans kaldırmak izin verir. Karanlık spektrum (benkaranlık(λ)), ne zaman kayıt tüm ışık bulmak-e doğru kütük parçası. O zaman, kapana kısılmış nanopartikül (benHam(λ)) ham bir spektrum kaydedin. Gerçek nanopartikül saçılma spektrum hesaplayarak erişmek LSPR en yüksek pozisyonlar hakkında bilgi almak için bir doğrusal düzeltme terimi interband geçişler için altın dahil bı-Lorentzian uygun işlevi ile enerji ölçeğinde DF saçılma spektrum uygun. Modeli işlev okur:E enerji nerede benB bir temel şiddeti, k doğrusal düzeltme eğimi,ben benyoğunluğu maxima, Γben yarım maxima (FWHM) ve E0, i tam genişlikte iki Lorentzian doruklarına tepe pozisyonları. 4. sorun giderme ve ortak sorunlarına çözüm Altın nanorod özellikleri için ilgili sorunları. Zavallı bindirme istikrar. Ana rezonans (genellikle boyuna rezonans nanorods durumunda) yakalama lazer dalga boyu mavi dalga boyu tarafında olduğundan emin olun. Eğer değilse, degrade güç-ecek var olmak çekici37yerine itici. Bir nanorod’ın büyüklüğü azaldıkça, Brown dalgalanmaları artar ve aynı zamanda hareket Stokes sürükle teskin kuvvet azalır. Temin nanorods için xybüyük-bunlar kuvvetleri istikrarsızlaştırıcı üstesinden gelmek için degrade kuvvet. Çakışan veya geniş spektral özellikleri. Çubuklar LSPR doruklarına yeterince tek tek çözümünün tamamlanmış olması için ayrı kalmak için yeterince büyük bir en boy oranı olması gerekir (bkz. Şekil 1b).Not: Lazer dalga boyu daha uzun çubuklar için boyuna LSPR kırmızıya kayma ölçümüne beri şekil anizotropi için bir üst sınır koyar. Nano tanecikleri tercihen bu analiz karıştırıyor bu yana yüksek sipariş LSPR modları görünür rejiminde desteklemek için değil küçük olmalıdır. Bu dikkate ve bindirme istikrar sorunu yönergesindeki 4.1.1.2 arasında bir denge nanopartikül seçimdir. Bindirme lazer yetersiz dairesel polarizasyon.Not: kapana kısılmış nanopartikül dönüşü en yüksek performansı elde etmek dairesel yayın numune uçak ulaşan lazer ışığı polarize. Beamsplitters ve diğer optik bileşenleri sadece bir QWP kullanarak mükemmel dairesel polarizasyon elde etmek imkansız hale polarizasyon bağımlı, olabilir. Bir yarı-dalga (HWP; λ/2 Şekil 2′ de) beamsplitter birefringence için telafi etmek için QWP yolundaki, sonra montaj levhası. Doğrusal polarize ve güç metre yapılandırma ayarlama ve lazer ‘s kutuplaşma durumu (olduğu gibi yönergeler 1.11.2-1.11.3) analizi gerçekleştirin. QWP beş derece her konumunu artışlarla için onun tüm açısal aralığı (90 °) beş derece adımda aracılığıyla HWP döndürün ve güç oranı her pozisyon için ölçmek. Maksimum ve minimum güç arasındaki oranı en üst düzeye QWP ve HWP açıları bulmak için çalışıyoruz.Not: deneyim, 0,75 olmadan ve 0,98 HWP düzeltme ile maksimum ve minimum güçler arasındaki maksimum oran oldu. Arayüzü yapışmasını parçacıklar lazer güç xyparçacıklar sınırlamak yetersiz-uçak. Yüzey aktif, yordam ve nanorods sonraki yeniden dağılım CTAB kontrollü bir konsantrasyon içinde yıkama bir parçacık ile sabitleme konsantrasyon ayarlayın. Nano tanecikleri hisse senedi çözüm parçacıklar tortu (~ 5 dk az 600 g) kadar santrifüj kapasitesi. Süspansiyon sıvı kaldırın. Suda yeniden dağıtmak. Bu hisse senedi çözüm CTAB içeriğini sulandırır. 4.3.1.1 adımları yineleyin. ve 4.3.1.2. bir kez daha.Not: Bu yana CTAB albüminkolloid teskin Aracısı görevi yapar, aşırı Santrifüjü zaman ve hız CTAB akıp gibi toplama riskini artırır beri çamaşır adımlar başarı içinde kaçının. CTAB yüzey özgün kolloidal çözelti içinde çoğu şimdi kaldırılır ve CTAB yeni, iyi kontrollü, konsantrasyon için kolloid tanıttı olabilir. Bizim deneyim, su CTAB ve sonraki DI-su seyreltme 20 µM ile hisse senedi çözümünde yeterli Coulomb itme üreten bir yüzey kapsama deneysel çözüm konsantrasyonu sonuçlarında dağıtıcı maddeler. CTAB konsantrasyonu mümkün ince ayar uygun parçacık/yüzey defetmek için kullanılan nano tanecikleri belirli toplu oluşturmak için gerekli olabilir. Yukarıdaki yordamı yineleme ve biraz düzgün bir tane bulmak için CTAB konsantrasyon alter. Cam yüzey olumsuz ücret yüzeye yıkama.Not: Bu çamaşır yordam deneysel çözümde, yapım o olumlu ve elektrostatik parçacığı için itici 2D yakalama sırasında ücretsiz CTAB molekülleri ile kaplı bir olumsuz şarj edilmiş yüzey üretir. Bir mikroskop slayt al ve su karışımı ve 2 wt % 80 ° C’ye kadar yüzey gözle görülür hidrofilik yaklaşık 10 dakika boyunca ısıtmalı temel deterjan temizle.Not: Bu cam yüzey gözenekli hale getirebilir ve kirlilik parçacıkları çok sayıda üretmek beri cam slaytlar çok uzun ya da sert, yıkama kaçının. Foton otokorelasyon spektroskopisi ile ilgili sorunlar. Düşük yoğunluk salınımları veya gürültülü sinyal genliği. Bir bant filtre ( Şekil 2’ deki BP filtre) lazer ve blok karanlık alan aydınlatma ışığı geçirir koleksiyonu fiber önce ekleyin.Not: ilke olarak, tüm ışık de toplarken ölçüm çalışır. Ancak, unpolarized beyaz ışık DF aydınlatma verimli uçak modu dışında heyecanlandıran ve onun kısa eksen optik eksen için normal bir düzlemde bir nanorod döner, uçak enine dışı olduğu bu LSPR. Bu mod döndürme sırasında herhangi bir şekil anizotropi taşımıyor ve ışık toplama sadece sinyal gürültü oranı ölçü için azaltır. Otokorelasyon işlev içinde ek çürüsün. Koleksiyon fiber çekirdek boyutu tüm onun gezi nedeniyle translasyonel Albert hareket sırasında nanopartikül görüntüsünü içerecek büyüklükte olduğundan emin olun. Bir çok küçük çekirdek boyutu ile bir lif kullanılmış ise, daha büyük bir ile değiştirin. Talimatları 2.1.4-2.1.5 olduğu gibi yeni lif hizalamasını denetleyin.