Coloidal Síntese de nanopatch Antenas para aplicações em plasmônica e Nanophotonics

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 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. 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. Preparar a solução de 20 mg / ml de polivinilpirrolidona (PVP), dissolvendo 0,1 g de PVP em 5 ml de EG. 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. 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. configuração de equipamentos 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. 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. 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. 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. 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. procedimento de síntese Mergulhar o RBF para o banho de aquecimento (cerca de 10 mm de profundidade para dentro do líquido; ver Figuras 1A-1B). 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. 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. Coloque o RBF de volta para o banho de aquecimento (veja o passo 1.3.1). Use uma micropipeta para colocar 5 ml de EG na RBF e colocar o tampão. Espere por 5 min. 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. Esperar por 2 min. 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. 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. Esperar por 2 min. 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. 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. 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. 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. Usar uma micropipeta e transferir a solução final a oito pequenos tubos de plástico de 1,5 ml. 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. 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. 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. 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. 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: Ventilar a câmara, pressionando "Auto respiradouro". Abrir a porta da câmara de carga e substratos na cúpula. Feche a porta e bombear para baixo pressionando "Bomba Auto", que leva cerca de 1 hora para a câmara de bombear para baixo até que a pressão é inferior a 5 × 10 -6 Torr. 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. Ao atingir o nível de vácuo desejado, o processo de deposição do primeiro metal começará automaticamente pressionando "Auto Run". 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. Depois de todo o processo estiver completo, pressione "Auto respiradouro" 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. 3. A deposição de camadas de PE Preparação de reagentes Para a solução de cloreto de sódio (NaCl), misturar 29 g de NaCl em pó com 500 ml de água DI. 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. 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. 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. 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. Depois de 5 minutos, lavar a camada de película + 1 PAH Au com água DI limpo. Imergir a camada de película de HAP Au + 1 em uma solução de NaCl (preparado no passo 3.1.1) durante 1 min. 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. Após 5 minutos, lave a camada PSS Au camada de película + 1 PAH um com água DI limpo. Mergulhe o Au filM + 1 + HAP camada de camada 1 PSS para a solução de NaCl para 1 min. 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). Após 5 minutos, lave o Au filme + 1 PAH +1 camadas PSS + 1 HAP com água DI limpo. Mergulhar as camadas de filme de HAP + 1 + 1 + 1 de HAP PSS Au na solução de NaCl durante 1 min. 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). Após 5 minutos, lave o Au filme + 1 PAH +1 PSS + 1 + 1 HAP camadas PSS com água DI limpo. Mergulha-se o filme de Au + 1 + 1 HAP PSS + 1 +1 HAP PSS camadas em solução de NaCl durante 1 min. 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). 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. 4. Deposição de Cy5 Dye Moléculas Prepara-se uma solução 25 uM Cy5 com água Dl como o solvente. 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. Após 10 minutos, lavar a amostra com água DI e seque com gás nitrogênio limpo. 5. Deposição de nanocubes ao Formulário nanopatch Antenas (NPA) 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. 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. 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. 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> Espectro do campo de dispersão Dark of NPAs individuais 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. 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. 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. 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. 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. 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. Calcula-se a espectro de dispersão final de um ANP como se segue: 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. Extrai-se a ressonância de plasmão de ANP através do cálculo do baricentro do pico de ressonância espalhamento. 16 Aumento de fluorescência de moléculas de Cy5 por única NPAs 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. 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. Desligue a iluminação de luz branca e ligue a 633 nm de onda contínua HeNe laser usado para a excitação. 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. 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. 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. 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). 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. 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