プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

注意：これらの手順で使用される（例えば、濃硝酸（15.698 M HNO 3）と塩酸（6 M塩酸）など）いくつかの化学物質は危険です。適切な手袋、目の保護と他の安全装置を使用する必要があります。使用前にすべての化学物質の材料安全データシート（MSDS）をご参照ください。 1.ナノキューブの合成 試薬の調製注：エチレングリコール（EG）は、無水でなければなりません。水の吸収を防ぐために使用されていないときはいつでもEGコンテナのキャップを閉じます。トリフルオロ酢酸銀（AGC 2 F 3 O 2）は 、したがって、AGC 2 F 3 O 2溶液は、最後の工程で調製された光に対して非常に敏感です。 EGの13.5ミリリットルでNaSHを1mgを溶解させて1.3 mMの硫化水素ナトリウム水和物（のNaSH）溶液を調製します。 EGの5ミリリットルでPVPの0.1グラムを溶解することにより、20 mg / mlで、ポリビニルピロリドン（PVP）溶液を調製します。 3 mMのHYの準備EGの4.9975ミリリットルと6.0 M液体HCl溶液の2.5μLを混合することによりdrochloricソリューション。 EGの0.8ミリリットルでAGC 2 F 3 O 2の0.1グラムを溶解することにより、AGC 2 F 3 O 2溶液を調製します。 機器のセットアップ 丸底フラスコ（RBF）、濃縮（70％、15.698 M）硝酸HNO 3とのキャップを清掃してください。 HNO 3とRBFを記入し、30分間にキャップを置きます。キャップは酸に触れることを確認します。 HNO 3酸後、きれいな脱イオン（DI）水で再びRBFとキャップを清掃してください。その後RBFとキャップを乾燥させるためにクリーンな窒素ガスを使用してください。 RBFとそのキャップは清潔で乾燥していなければなりません。 30分間、HNO 3でそれを浸漬することにより、磁気撹拌棒をきれいにしてください。 HNO 3の後、DI水で再びそれをきれいにし、クリーンな窒素ガスで乾燥させました。 加熱浴を準備します。 （ 図1Aに示されている）シリコーン流体槽を配置よく制御された温度で攪拌しながらホットプレートの上に。流体浴温度を監視するために外部の温度計を使用してください。 150℃までの温度および260 rpmでの撹拌速度を設定します。 図1（b）に示すようにクランプでRBFをマウントします。 RBFに（ステップ1.2.3で調製した）磁気攪拌棒を置きます。 合成手順 加熱浴にRBFを浸し（約10ミリメートルの深液中に、 図1A-1Bを参照してください）。 RBFにEG溶液10mlを配置するためにマイクロピペットを使用してください。 RBFのキャップを入れて、20分間待ちます。このステップの目的は、EGで、再びこの時間をRBFをきれいにすることです。 20分後、キャップを削除してから加熱槽の外にRBFを持ち上げ、廃棄容器にEGの10ミリリットルを注ぎます。注：EG溶液（150℃）暑いです、全体のクランプアウト（ 図1B）を取ることをお勧めします。ことを確認してください番目磁気攪拌棒で落下しない（ステップ1.2.5を参​​照してください）​​。 バック加熱浴にRBFを入れて（ステップ1.3.1を参照してください）​​。 RBFにEGの5ミリリットルを置き、上にキャップを置くためにマイクロピペットを使用してください。 5分間待ってください。 、オフRBFのキャップを取るRBFに（上記のステップ1.1.1で調製した）のNaSH 60μLを配置するためにマイクロピペットを使用しています。背面にキャップを置きます。 2分間待ちます。 、オフRBRのキャップを取るRBFに（上記のステップ1.1.3で調製した）のHCl溶液500μlを配置するためにマイクロピペットを使用しています。 直前のステップの後、RBFに（上記のステップ1.1.2で調製した）PVP溶液の1.25ミリリットルを配置するためにマイクロピペットを使用しています。背面にキャップを置きます。 2分間待ちます。 、オフRBFのキャップを取るRBFに（上記のステップ1.1.4で調製した）AGC 2 F 3 O 2溶液400μLを配置するためにマイクロピペットを使用しています。背面にキャップを置きます。 2のを待ちます。5時間。銀ナノキューブは、このステップの間に形成されています。可能な場合は、この時間の間に、最小限に室内光を低減。 2.5時間後、ヒーターをオフにするが、底に燃え流体を避けるために攪拌しておきます。加熱浴上記RBFを調達する（ 図1Bに示されている）クランプを使用してください。キャップを外します。 それはより速く冷やすなるように加熱槽からRBFを削除します。 〜20分後、RBFに5mlのアセトンを追加します。よく溶液を混合するために渦を。最後に、溶液の全容積を12 mlです。 図2Aを参照してください。 マイクロピペットを使用し、8より小さい1.5ミリリットルプラスチックチューブへの最終的な解決策を転送します。 10分間、5150×gでの速度でこれら8つのチューブを遠心。その結果、すべてのAgナノキューブは、チューブの底になります。各チューブの底に〜100μLを残し、トップ上清を除去するために、マイクロピペットを使用してください。 これらのそれぞれにDI水の1ミリリットルを埋めます（ステップ1.3.17から得た）チューブ。ボルテックスおよび超音波処理（5分）チューブ。ナノキューブは現在、主にDI水に懸濁されています。 遠心分離機は再び8チューブは5分間、5150×gでステップ1.3.18で用意します。すべてのAgナノキューブは、チューブの底になります。各管の底に約100μLを残し、トップ上清を除去するために、マイクロピペットを使用してください。 ステップ1.3.19から得られたチューブのそれぞれにDI水の1ミリリットルを記入してください。ボルテックスおよび超音波処理チューブ。ナノキューブは、現在のDI水に懸濁されています。この合成から得られた最終ナノキューブの溶液を、一例として、図2Bに示されています。 2.ゴールドフィルム蒸発 注：電子ビーム蒸発器を購入し、クリーンルームに金（Au）膜を堆積するために使用された密着層としてのクロム（Cr）の作用で、スライドを洗浄しました。蒸発プロセスは、自由に蒸発する分子を可能に、真空チャンバ内で起こりますチャンバ内で、その後、基板上に昇華。操作手順は次のとおりです。 「オートベント」を押すことにより、チャンバーをベント。 ドームで開く室のドアと負荷基板。 圧力が5×10 -6トル以下になるまでチャンバはポンプダウンするためにドアを閉じて、「自動ポンプ」を押すことによってポンプダウン、それは約1時間かかります。 レシピを編集します。レイヤ＃1：クロム、厚さ：5nmで、蒸着速度：1オングストローム/秒;レイヤ＃2：金、膜厚50nm、蒸着速度：2オングストローム/秒。 所望の真空レベルに達すると、第1の金属の堆積プロセスは、自動的に「自動実行」を押すことによって開始されます。 注：堆積中、高電圧モジュールがオンになり、電圧は10kVです。ガン回転モジュールがオンされ、固定回転が20rpmです。第一層が終了した後、システムが自動的に第2の金属のポケットの場所に移動し、deposiを開始しまする。 全体のプロセスが完了したら、を押して「オートベント」は、チャンバを通気し、サンプルを取り出します。 注：Au膜の総厚さは50nmであり、表面粗さが0.7ナノメートルの二乗平均（rms）の典型的なルートを生じる原子間力顕微鏡（AFM）を用いて測定しました。特別な処理は、Au膜の堆積前に購入したガラス基板を行いませんでした。 PEレイヤーの3堆積 試薬の調製 塩化ナトリウム（NaCl）溶液は、脱イオン水500mlでのNaClの粉末29gのを混ぜます。 ポリスチレンスルホン酸（PSS）溶液については、その後、PSSストック溶液1.5mlを加える脱イオン水500mlでのNaClの粉末29gのを混ぜます。 ポリ（アリルアミン）塩酸塩（PAH）ソリューションでは、その後、PAHの132 mgの追加のDI水500ミリリットルとのNaCl粉末29グラムを混ぜます。 層ごとの堆積注意：PSSは少し負に帯電している間にPAHは若干正に帯電しています。上記のセクション2で製造されたAu膜をわずかに負に帯電しているように、PAH層が最初に堆積されます。 PAH / PSS / PAH / PSS / PAH：以下の手順は、5つのPE層を堆積する方法を詳細に紹介しま​​す。 まず、5分間（ステップ3.1.3で調製）PAH溶液に（上記のセクション2で作製​​）金膜を浸漬することによってPAH層を堆積させます。これは、約1ナノメートルの厚さを有するAu膜の上にPAH層をもたらします。 5分後、きれいな脱イオン水でAu膜+ 1 PAH層をすすぎます。 1分間（ステップ3.1.1で調製した）NaCl溶液にAu膜+ 1 PAH層を浸し。 5分間PSS溶液に（ステップ3.2.3後）Au膜+ 1 PAH層を浸し。これは、PAHの層の上に約1ナノメートルの厚さのPSS層をもたらします。 5分後、きれいなDI水のAuフィルム+ 1 PAH層1 PSS層をすすぎます。 金フィルを浸し1分間のNaCl溶液中にM + 1 PAH層+ 1 PSS層。 5分間のPAH溶液にAu膜+ 1 PAH層+ 1 PSS層を浸し。これは、PSS層の上に〜1nmの厚さを持つ別のPAH層になる（上記のステップ3.2.4で調製しました）。 5分後、1 PAHを+きれいな脱イオン水で+1 PSS + 1 PAH層をAu膜をすすぎます。 1分間のNaCl溶液中に+ 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH層Au膜を浸し。 5分間のPAH溶液に+ 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH層Au膜を浸し。これは（ステップ3.2.7上記で調製された）PAH層の上に約1ナノメートルの厚さを有する第二のPSS層をもたらします。 5分後、きれいなDI水で+ 1 PAH + 1 PSS層+ 1 PAH 1 PSS Au膜をすすいでください。 1分間のNaCl溶液中に+ 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH 1 PSS層Au膜を浸し。 5分間のPAH溶液に+ 1 PAH + 1 PSS + 1 PAH 1 PSS層Au膜を浸し。この結果（上記のステップ3.2.10で調製した）PSS層の上に〜1nmの厚さを持つ別のPAH層内の。 最後に、DI水で+ 1 PAH 1 PSS + 1 PAH + 1 PAH + 1 PSS Au膜を洗い流し、清潔な窒素ガスを使用してサンプルを乾燥させます。 注：5 PE層の合計厚さは、65°の入射角で、分光エリプソメーターを用いて、大気中で測定したところ、70°、及び75°を、5.0±0.1 nmの厚さを得ました。 Cy5の色素分子の4沈着溶媒としてDI水で、25μMのCy5溶液を調製します。 10分間、25μMのCy5溶液100μlに（上記のセクション3で説明したように、5 PEの一連の層を持っている）、試料の表面を露出させます。最初のドロップは、試料表面上に（ステップ4.1で調製した）のCy5溶液100μlをキャストした後、液滴の上にカバースリップを配置します。 Cy5の分子は、トンに組み込む予定彼一様トップPE層。 10分後、脱イオン水で試料を洗浄し、清浄な窒素ガスで乾燥させました。 Nanopatchアンテナを形成するためにナノキューブの5堆積（NPAS） 個々のNPASの光学研究を可能にするためにDI水を使用して1/100倍に第1節から得られたナノキューブ液を希釈します。 きれいなカバースリップ上に（ステップ5.1で調製した）希釈されたナノキューブ溶液20μlのドロップを配置するためにマイクロピペットを使用してください。 2分間カバースリップに接触している（第4節で調製した）サンプルを置きます。ここで合成されたナノキューブが負に帯電しているため、銀ナノキューブのこの結果は、トップ端末PAH層上に固定化されると、トップPAH層が正に帯電しています。 2分後、DI水と清浄な窒素ガスで乾燥して、試料をすすぎ。 注：5.1ステップ- 5.3暗視野メートルを使用して、単一のNPASの光学研究のためのサンプルを準備する手順を説明icroscope（暗視野散乱）。反射率測定用のサンプルを調製するために、同様の手順は、ステップ5.1でことを除いて適用され、元のナノキューブの溶液を10分の1の代わりに1/100倍に希釈されます。 6.光学測定 注：特注光明​​/暗視野顕微鏡は、これらの測定に使用されます。 NPASは、長作動距離明/暗視野対物レンズを通して白色光源によって照明されます。 NPASからの反射/散乱光は、同じ対物レンズによって収集されます。ピンホール開口（直径50μm）を、個々のナノアンテナからの信号を選択するために、画像平面に使用されます。デジタルカメラは、カラー画像を捕捉するために使用されます。分光器と、電荷結合素子（CCD）カメラは、スペクトルデータを取得するために使用されます。蛍光測定は、633nmの連続波HeNeレーザーを励起するために使用され、信号は、スペクトルロングパスフィルターで濾過しました。 <ol> 単一NPASの暗視野散乱スペクトル 図4Cに示すように、白色光照明の下では、白色光照明の下では、セクション5で調製した試料について、単一のNPASを識別し、個々のNPASは、明るい赤やピンク色のドットを表示されます。 並進ステージを使用して、ピンホール開口を持つ単一のNPAを合わせます。 NPAの暗視野散乱画像が静止ピンホール開口後に観察されていることを確認してください。 1秒の積分時間で分光計及びCCDカメラを使用してNPAからの散乱光のスペクトルを取得します。開口面積（50μm）はNPAの物理的なサイズよりもはるかに大きいので（〜75 nm）はスペクトルがNPAを取り囲む領域からの信号に加えて、NPAからの散乱光が含まれています。 任意のNPASない領域にサンプルを移動し、1秒の積分時間で別のスペクトルを取得。このスペクトルはからの散乱光を表し、バックグラウンド。 NPASでサンプルを削除し、セットアップで認定反射率標準試料を配置します。 NPAからの信号を正規化するために、0.1秒の積分時間での散乱光のスペクトルを取得します。 ピンホール開口を閉じて、任意の入力信号なしで0.1秒の積分時間でスペクトルを取得。このスペクトルは、CCDの暗数を表します。 次のようにNPAの最終的な散乱スペクトルを計算します。 私NPA +の背景 、I 背景 、 私の白色光は 、 私は暗いCCDどこステップ6.1.3、それぞれ6.1.4、6.1.5および6.1.6で測定した散乱スペクトルです。 散乱共振ピークの重心を計算することによって、NPAのプラズモン共鳴を抽出します。16 単一のNによるCy5の分子の蛍光増強PA 図4Cに示すように、白色光照明の下では、暗視野では第5節で作製した試料から単NPASを識別し、個々のNPASは、明るい赤やピンク色のドットを表示されます。 並進ステージを使用して、ピンホール開口を持つ単一のNPAを合わせます。 NPAの暗視野散乱画像がピンホール開口後に置かれたカメラによって検出されていることを確認してください。 白色光照明をオフにして、励起のために使用される633nmの連続波HeNeレーザーをオンにします。 右のいずれかのレーザ散乱光を遮断するために、分光器への入り口の前に光路中に633 nmのロングパスレーザーフィルタを配置します。 1秒の積分時間を用いてCy5の分子からの発光の蛍光スペクトルを取得します。開口面積（50μm）はNPA（〜75 nm）での物理的なサイズよりもはるかに大きいので、このスペクトルはwelのようNPAに埋め込まれた両方の分子からの発光が含まれていますNPAを周囲の分子としてリットル。 任意のNPASない領域にサンプルを移動し、1秒の積分時間で別のスペクトルを取得。このスペクトルは、任意のNPASことなく、バックグラウンドでの分子からの発光を表しています。 Cy5の分子が（Au膜とAgナノキューブなし）ガラススライドの上にPE層が組み込まれているセクション3と4の手順に従って、対照サンプルとして使用される別個のサンプルを準備します。 10秒の積分時間を用いて、前のステップで調製した対照試料でのCy5分子からの発光の蛍光スペクトルを取得します。 単位面積及び取得時間によって考慮にCCDダークカウント、正規化を取って、ステップ6.2.5、6.2.6および6.2.8で測定された蛍光スペクトルを用いて、蛍光増強因子を決定します。12,14