JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Bouw en de exploitatie van een licht gestuurde gouden nanostaafjes Rotary locomotorisch stelsel

Published: June 30, 2018
doi:
10.3791/57947
, ,
1Department of Physics,Chalmers University of Technology

Summary

Enterprise gold nanostaafjes kan worden gevangen in vloeistoffen en gedraaid bij kHz frequenties met behulp van cirkel-gepolariseerde optisch pincet. Invoering van instrumenten voor Brownian dynamics analyse en lichte scatteringspectroscopy leidt tot een krachtig systeem voor onderzoek en toepassing op talrijke gebieden van de wetenschap.

Abstract

De mogelijkheid om te genereren en het meten van de rotatie en het koppel op nanoschaal is van fundamenteel belang zijn voor de studie en de toepassing van biologische en kunstmatige nanomotors en kan nieuwe wegen voor de eencellige analyse, studies van niet-evenwichts thermodynamica en mechanische bediening van nanoschaal systemen. Een facile manier om te rijden rotatie is het gebruik van gerichte circulair gepolariseerde laserlicht in optisch pincet. Met behulp van deze aanpak, worden metalen nanodeeltjes bediend als hoogefficiënte verstrooiing gestuurde roterende motor spinnen bij ongekende rotatie frequenties in water.

In dit protocol, wij een overzicht van de bouw en de exploitatie van cirkel-gepolariseerde optisch pincet voor nanoparticle rotatie en beschrijven van de instrumenten die nodig zijn voor het opnemen van de Brownse dynamiek en Rayleighverstrooiing van de gevangen deeltje. De roterende beweging en de verstrooiing spectra verstrekt onafhankelijke informatie over de eigenschappen van de nanoparticle en haar naaste omgeving. Het experimenteel platform heeft bewezen nuttig als een nanoscopische spoorbreedte van de viscositeit en de lokale temperatuur, voor het bijhouden van de morfologische veranderingen van nanostaafjes en moleculaire coatings, en als een transducer en sonde van photothermal en thermodynamische processen.

Introduction

De methoden die in dit artikel wordt gerepliceerd die worden gebruikt in onze vorige werk1 nanoschaal photothermal effecten beïnvloeden licht gestuurde gouden nanostaafjes roterende motoren te bestuderen. Varianten van het experimenteel platform is gebruikt in verschillende verwante publicaties2,3,4,5,6,7,,8, 9.

Optisch pincet worden veel gebruikt voor het beheersen van positie, kracht en dynamiek van de lineaire overdracht op kleine lengte schalen in natuurkunde, biologie en engineering10,11,12,13,14 . Impulsmoment gedragen door circulair gepolariseerd licht kan worden ingezet voor extra regeltechniek omdat het koppel op een continu overbrengen gevangen objecten15. Door het combineren van optische lineaire en impulsmoment overdracht, is het dan mogelijk om te bouwen van niet-invasieve roterende nanomotors met potentieel voor uiteenlopende toepassingen, zoals drug delivery in afzonderlijke cellen16,17, nanoschaal chirurgie18, en actieve nanofluidics19, onder anderen.

Met behulp van metallisch nanodeeltjes als onderwerp van lichte gedreven manipulatie, kan een profiteren van de voordelen van gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonanties (LSPR van), waarmee grote optische kruissecties, hoge gevoeligheid voor veranderingen in het milieu, en grote veld verbeteringen20,21,22,23. Dit heeft geleid tot een schat aan studies aan de grens tussen plasmonics en optische manipulatie8,24,25,26,27. De sterke interactie van licht-kwestie geboden door LSPR heeft ons het ontwerpen van een platform waar circulair gepolariseerde laser pincet geschikt zijn voor het rijden van gouden nanostaafjes te draaien op record rotatie frequenties in water2ingeschakeld. Door het bijhouden van de Brownse beweging van een roterende nanostaafjes, kan gedetailleerde informatie over de omgeving en de temperatuur worden verkregen van3,5. Gelijktijdige spectroscopische analyse biedt een extra onafhankelijke informatiekanaal voor de analyse van de lokale temperatuur en de morfologische stabiliteit van de roterende nanostaafjes1. Een aantal systemen en configuraties zijn gebruikt voor de studie en toepassing van de roterende beweging in optisch pincet, genereren van belangrijke inzichten binnen het veld15,28,29,30 , 31 , 32. echter, de meeste van deze studies hebben behandeld objecten verschillende micrometer in diameter terwijl een enkele nanostaafjes toegang tot het nanometer grootte regime geeft. Bovendien, wanneer ze worden gebruikt als de roterende nanomotor, koppel goud is efficiënt overgedragen voornamelijk via verstrooiing2,33. Dit vermindert het risico van oververhitting van de gevangen deeltje3,34,35.

In de volgende methode schetsen we de benodigde stappen voor het bouwen van een systeem dat kan efficiënt optische overlapping en rotatie van metalen nanodeeltjes. De gouden nanostaafjes beschouwd in deze studies hebben hoog verstrooiing kruissecties, en de stralingsdruk blijkt te zijn sterker dan de vervangend kleurovergang kracht in de richting van de voortplanting. Als u wilt nog steeds beperken de deeltjes in 3D, gebruiken we de kracht evenwicht tussen Coulomb afkeer van een glazen oppervlak en de laser verstrooiing kracht in de richting van de voortplanting. Deze 2D-overlapping configuratie het bereik van te onderscheppen deeltjes, in vergelijking met standaard 3D optisch pincet, sterk uitgebreid en kan gemakkelijk worden gecombineerd met donker-veld optische beeldvorming en spectroscopie.

Een gevangen en draaiende metalen nanoparticle wisselwerking met zijn omgeving, en gedetailleerde informatie over deze interactie bevindt zich in de beweging en de spectrale eigenschappen. Na het beschrijven hoe de bouw van de circulair gepolariseerde optisch pincet, we daarom ook een overzicht hoe te integreren instrumentatie voor indringende roterende dynamiek en voor het meten van Rayleighverstrooiing spectra in de experimentele opzet. Het resultaat is een veelzijdig platform voor studies van nanoschaal rotatie verschijnselen in natuurkunde, scheikunde en biologie.

Dit protocol wordt ervan uitgegaan dat de onderzoeker toegang tot geschikt colloïdaal metalen nanodeeltjes, bij voorkeur één kristallijne gouden nanostaafjes heeft. Gouden nanostaafjes kan worden gekocht bij gespecialiseerde bedrijven of gesynthetiseerd in huis met behulp van NAT-chemie methoden. De nanostaafjes gebruikt in onze experimenten werden gemaakt door de zaad-gemedieerde groei-methode, beschreven in gij et al. 201336. Het is gunstig als de morfologie en de optische eigenschappen van de nanodeeltjes goed gekenmerkt worden, bijvoorbeeld met behulp van scanning elektronen microscopie (SEM) en optische extinctie metingen. Figuur 1 toont gegevens opgenomen van dergelijke metingen voor representatieve nanostaafjes typen1.

Een overzicht van het protocol is als volgt: In de eerste sectie, beschrijven we de bouw van de optisch pincet gebaseerd op cirkelvormige polarisatie. In de tweede sectie beschrijven we hoe om informatie te extraheren uit de nanomotor door het opnemen van de dynamiek van de rotatie en verstrooiing eigenschappen. De frequentie van de rotatie en de rotatie Brownse beweging van de gevangen deeltje wordt gemeten met behulp van foton correlatie spectroscopie door projecteren terugverstrooide laserlicht gefilterd door een lineaire polarisator op een snelle single-pixel detector3. Door het aanbrengen van de gegevens naar een theoretische autocorrelatiefunctie, kunnen zowel de rotatie-frequentie en het tijdstip van verval van de Brownse rotatiediffusie uitgepakte2,3. De optische eigenschappen van de gevangen en roterende nanoparticle worden gemeten met behulp van donkere veld spectroscopie, die voorziet in aanvullende informatie over het deeltje en haar omgeving. In het derde deel beschrijven we de experimentele procedure voor de vangst en de rotatie van gouden nanostaafjes.

Het protocol beschreven tot op dit punt is een eenvoudig pad naar een goed functionerend systeem van circulair gepolariseerde optisch pincet voor nanoparticle rotatie. Echter problemen soms die extra aandacht vraag. In de vierde sectie schetsen we een paar van de gemeenschappelijke problemen die wij hebben ondervonden en hoe aan te pakken hen. Deze omvatten van kwesties in verband met optische eigenschappen nanoparticle leidt tot slechte val stabiliteit (4.1), lage frequenties van de rotatie toe te schrijven aan suboptimaal circulair polarisatie veroorzaakt door beamsplitter dubbele breking (4.2), steken van nanodeeltjes op het glasoppervlak Als gevolg van onvoldoende Coulomb repulsion (4.3) en afwijking van het karakteristieke autocorrelatie signaal (4.4).

Protocol

1. circulair gepolariseerde optisch pincet voor Nanoparticle rotatie Bouw de opstelling rond een geschikt omgekeerde Microscoop en gebruik van een zichtbare rode-golflengte laser (660 nm). Een schematische voorstelling van de experimentele opstelling wordt gepresenteerd in Figuur 2. Zorg ervoor dat u kiest een laser met een stabiele output power tot 500 mW (produceren een macht op het vlak van de steekproef van ongeveer 50 mW). Ook voor zorgen dat de rest van de componenten presteren goed bij de golflengte van de laser overlapping. Gebruik een droge doelstelling met een numerieke diafragma (nvt) van 0.95 en 40 X vergroting. Altijd Draag veiligheidsbril en goede laser beveiliging in stand houden (vooral als met behulp van niet-zichtbare lasers). Uitlijning op de minimale laser macht uitvoeren. Vatten de hele laser pad voor zowel veiligheid en thermische drift en stof in het licht weg te vermijden.Opmerking: Afhankelijk van de toestand van de polarisatie van de output van de laser, de optisch pincet kunnen profiteren van het plaatsen van een lineaire polarisator als de eerste optische component. Als de polarisatie van de laser nog lineair, kan dit onderdeel achterwege blijven. Gebruik een paar positieve lenzen in een Kepleriaanse telescoop configuratie (lenzen onderaan van Figuur 2) uit te breiden van de laserstraal, zodat de diameter van de lichtbundel iets groter dan het terug diafragma van de doelstelling van de overlapping is.Opmerking: Dit maakt gebruik van het gehele NA van de doelstelling en een diffractie beperkte focus van de val11, wat resulteert in optimale overlapping stijfheid zal produceren. Zorg ervoor dat de overlapping laser goed na de lichtbundel expander is collimated. Dit kan gebeuren door ervoor te zorgen dat de grootte van de lichtbundel is sluiten tot ongewijzigd wanneer teeltmateriaal aan de doelstelling (of met behulp van een schuintrekken interferometer). Om twee spiegels (M1 en M2 in Figuur 2), gemonteerd op kinematische spiegel mounts te gebruiken (en indien nodig, een vertaling stadium), om de laserstraal naar de Microscoop setup.Noot 1: Houden genoeg ruimte tussen laser spiegels en Microscoop voor zitten kundig voor toevoegen extra optische elementen zoals waveplates en stralingsdelers.Nota 2: Zorg ervoor dat de laser wordt altijd gefilterd uit de buurt van het oculair of een andere toegankelijke licht het verlaten van de Microscoop. Gebruik van een beamsplitter (50/50 gedeeltelijke overdracht/reflectie wordt hier gebruikt, maar een dichroïde kon werken ook goed) binnen de paar laserlicht in de doelstelling, zonder verlies van vermogen van de beeldvorming en meting in de installatie van Microscoop Microscoop. Opnemen te toestel (Zie Figuur 2) in het configuratiemenu voor latere experimentele observatie en gegevensregistratie. Als een systeem zonder een oculaire wordt gebruikt, dit is essentieel voor de uitlijning. Richten de laser op een glasplaatje of een spiegel. Als de laser wordt uitgelijnd en de doelstelling een juiste hoek invoert, wordt met het patroon van de intensiteit laser radiaal symmetrisch is bij het wijzigen van de focus boven en onder het brandpunt. Fine-tunen van de hoeken van de spiegels van de laser (M1 en M2 in Figuur 2) om het verkrijgen van optimale laser uitlijning (zoals beschreven in 1.9). Circulair polariseren het laserlicht. Op het licht pad naar het doel, langs de laser via een kwart golf plaat (QWP; λ/4 in afbeelding 2) georiënteerd met zijn snelle as 45 ° tot de lineaire polarisatie van de laser licht om te zetten van het lineair gepolariseerd licht in circulair gepolariseerd licht op het monster vlak. Een 360°-draaibaar lineaire polarisator en een energiemeter voor het doel instellen. Polarisatie controleren door het roteren van de lineaire polarisator en wijzend op de maximale en minimale kracht, overeenkomt met de primaire en secundaire as of de polarisatie ellips.Opmerking: De verhouding moet hoger dan 0.9 voor optimale rotatie prestaties. Als dit niet wordt bereikt, zie stap 4.2 voor een oplossing. Meten van het vermogen van de laser op het vlak van de steekproef. Gebruik een optische Energiemeter sonde van de kracht van de laser op het vlak van de steekproef. Zorg voor het verzamelen van al het licht doorgegeven via de doelstelling voor een correcte meting van overlapping macht. Een lineaire sweep van uitvoer laser bevoegdheden uitvoeren en de bijbehorende bevoegdheden op het vlak van de steekproef voor daaropvolgende conversie naar vermogensdichtheid opnemen in de val. Opzetten van een donker veld (DF)-systeem in Köhler ondergedompeld verlichting met behulp van een olie DF condensor zodat visualisatie van deeltjes en overlapping evenementen. Dit zal zorgen voor zowel de beeldvorming en de spectroscopische metingen van de gevangen nanodeeltjes. 2. instrumenten voor metingen van rotatie, rotatie Brownse Dynamics en spectroscopische eigenschappen Foton correlatie spectroscopie met een detector, single-pixel. Een beamsplitter (30R/70T) invoegen door de optische weglengte om terugverstrooide licht uit de nanoparticle halen. Een snelle single-pixel Si fotodiode verbinden met een gegevenskaart overname om opname van signalen.Opmerking: Het is belangrijk dat een fotodiode/DAQ dat kan meten de roterende frequenties verwacht (enkele tientallen kHz). Focus van licht op een collectie vezel vast in een xy-vertaling mount. Invoegen van een lineaire polarisator voor de collectie vezel. De uitlijning van de vezels van de collectie, zichtbaar licht aan het einde van de afrit van de vezel voor de verlichting van het substraat te koppelen. Hierdoor visualisatie en analyse van de regio van de collectie van de vezel. Pas de positie van de vezel met behulp van de xy-vertaling, zo monteren dat de collectie regio samenvalt met de positie van de optische val. Het einde van de afrit van de vezel verbinden met de Si-detector en fine-tunen van de positie van de vezel naar het maximaliseren van de verzamelde achterkant verspreide signaal. Donkere veld spectroscopie setup. In gedachten houden dat zorg worden genomen moet bij het kiezen van alle optische componenten in het pad tussen het monster en de spectrometer, om niet te blokkeren van licht in het spectraal bereik van belang. Voorzichtigheid nemen als directe verspreide en/of gereflecteerde laserlicht schade aan de spectrometer-sensor veroorzaken kan. De laserlicht met behulp van geschikte filters en/of dichroïde stralingsdelers blokkeren. Altijd uitvoeren uitlijning van de installatie op de minimale laser macht. Invoegen van een beamsplitter/spiegel in de optische weglengte van licht omleiden naar de spectrometer (in dit protocol, een gratis-ruimte gekoppelde spectrometer wordt gebruikt). Een van de microscopen output poorten kunnen ook worden gebruikt, als geschikt. Notch filters gebruiken om de intense overlapping laserlicht (filters van totaal OD12 bij de golflengte van de laser nodig waren voor voldoende blokkade in ons geval), die in het andere geval zal obscure de spectrale respons van de nanoparticle van belang. De positie van de optisch pincet aanpassen door de leidende spiegels (M1 en M2 in Figuur 2) zodat het samenvalt met de positie van de gleuf van de spectrometer.Noot 1: Wijzigingen in de positie van de optische val vergt een herschikking van het foton correlatie meetsysteem (instructies 2.1.4-2.1.5).Nota 2: Op de nieuwe positie van de optisch pincet, instructies 1.9-1.10 behoeven te worden herhaald tot het bereiken van een goed uitgelijnde optische val. 3. experimentele Procedure Voorbereiding van deeltjes voor experimenten. Verdun de deeltjes in DI-water. Een geschikte concentratie van nanostaafjes dient in een gebied tussen 0,1-0,01 pM. Bewerk ultrasone trillingen ten de verdunde oplossing in een schonere ultrasoonbad gedurende 2 minuten om te breken uit elkaar mogelijk aggregaten en meng de oplossing. De concentratie van nanostaafjes in de verdunningstunnel Tune teneinde overlapping van meerdere deeltjes. Hoe langer het experiment dat zal worden uitgevoerd, hoe lager de concentratie vereist om het risico van het onderscheppen van meerdere deeltjes of verontreinigingen. Voorbereiding van monster cel. Wassen van een microscoopglaasje en een glas (nr. 1.5) van de cover in de aceton en daarna isopropanol onder ultrasoonapparaat voor vijf minuten, respectievelijk.Opmerking: Zorg ervoor dat de oppervlakte lading van het glasplaatje tijdens experiment de dezelfde polariteit als colloïdaal nanoparticles. Nanodeeltjes gestabiliseerd door de oppervlakteactieve stof hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) zijn positief geladen. Plaats een cassette van 100 µm spacer goed op het glasplaatje. 2 µL van de oplossing van verdunde nanoparticle verspreiden op het microscoopglaasje binnen de µL goed en 2 op de cover-glas. Oplossing op beide oppervlakken voorziet in een meer beheersbare vergadering van de monster-cel. De twee delen van het monster cel met elkaar verbinden terwijl het vermijden van eventuele luchtbellen vormen in de kamer. Plaats van de cel in het werkgebied van de Microscoop en breng een druppel van index-matched (onderdompeling) olie op de top van het monster en een druppel op de condensor. Druppels op elke kant vermijden bubbels in de olie die licht verstrooit en vermindert het contrast van de DF-verlichting. Het uitvoeren van een experiment. Zoek een deeltje door middel van observatie in de DF imaging systeem. Een enkele nanostaafje kan meestal worden geïdentificeerd door middel van observatie van de Brownse beweging (meer grillige dan aggregaten) en kleur (overeenkomend met de sterkste LSPR resonantie). Start/deblokkeren de overlapping laser. Door een reeks van fase beweging en focus correcties, duw de gekozen deeltjes via de stralingsdruk in de laser’s propagation richting de waterglas interface. Op het grensvlak, de z-beweging wordt beperkt door een evenwicht tussen stralingsdruk en Coulomb repulsion tussen CTAB moleculen op het oppervlak van de nanoparticle en het positief geladen oppervlak. De xy-schommelingen zijn beperkt door kleurovergang krachten in het optisch pincet. Maximaliseren via kleine focus correcties, overlapping stabiliteits- of rotatie snelheid, afgemeten aan de autocorrelatie gegevens (zoals hieronder beschreven in instructie 3.4). Op dit punt opnemen zowel roterende dynamiek en spectroscopische eigenschappen van de gevangen nanostaafjes. Zie instructies 3.4 en 3.5 hieronder over hoe deze sonde. Dit kan worden gedaan gedurende langere perioden van tijd, tot enkele uren indien nodig. Roterende dynamics metingen. Zorg ervoor dat een regio van de collectie van de vezel die groot genoeg is om het imago van het deeltje altijd tijdens zijn translationeel beweging hebt. Verzamelen intensiteit trilling signaal met de Si foto-elektrische cel binnen een redelijke termijn voor indringende frequentie en collectie. Kies 65536 Hz en 1 s-Acquisitietijd om mee te beginnen en indien nodig aanpassen.Opmerking: Probing frequentie moet ten minste twee (en optimaal tien) keer groter is dan de frequentie van de rotatie vermenigvuldigd met de mate van detecteerbare draaisymmetrie (N, zie hieronder). Afhaaltijd moet lang genoeg te kunnen verkrijgen van frequenties beduidend lager is dan de frequentie van de rotatie. Na te hebben, wordt een set intensiteit schommelingen gegevens verkregen door een roterende nanoparticle, berekenen de autocorrelatiefunctie van de schommeling van de intensiteit. Dit wordt gedaan door de berekening van de correlatie van het signaal met een tijd-delayed kopie van zichzelf voor elke vertraging tijd τ (i.e.,C(τ) = {ik(τ) · Ik(0)}). Uitvoeren van een aanpassen aan de theoretische autocorrelatiefunctiewaar ik0 is de gemiddelde intensiteit, ik1 is de amplitude van de schommeling van de intensiteit en N is de mate van detecteerbare draaisymmetrie (voor staaf-achtige deeltjes N = 2)2,3. Uittreksel uit de pasvorm, de frequentie frot en verval rotatietijd van de autocorrelatie signaal τ0 (gerelateerd aan roterende Brownse beweging dynamics). Spectroscopische metingen. Opnemen van een wit licht spectrum (Ikwitte(λ)) door het verzamelen van verlichting lichte. Dit kan gebeuren door het dichtbevolkte dispersing uniform verstrooiing polystyreen kralen op een oppervlak en het verzamelen van hun verstrooiing reactie. Opnemen een achtergrond spectrum (Ikbkg(λ)) door het verzamelen van de strooilicht in de overlapping plek wanneer een deeltje is niet gevangen.Opmerking 1: Dit dient te gebeuren voor elke individuele metingen, aangezien achtergrondeigenschappen aanzienlijk tussen verschillende monster cellen en zelfs locaties binnen een steekproef variëren kunnen.Noot 2: Opname achtergrond spectra gedaan moet worden voor dezelfde laser macht zoals gebruikt voor optische overvulling. Hierdoor kan men elke mogelijke auto-fluorescentie verwijderen uit het glasplaatje, opgewonden door de laser van de hoge intensiteit in de focus. Opnemen van een donkere spectrum (Ikdonkere(λ)), wanneer het blokkeren van al het licht komt naar de detector. Noteer een ruwe spectrum van een gevangen nanoparticle (Ikraw(λ)). Toegang tot het spectrum van de verstrooiing werkelijke nanoparticle door te berekenen Om informatie over de LSPR piek standpunten, passen de DF verstrooiing spectrum in energie schaal met een functie van de bi-Lorentz montage met inbegrip van een lineaire correctie term voor interband overgangen in goud. De model-functie luidt als volgt:waar E is de energie, ikB is een basislijn intensiteit, k de helling van de lineaire correctie, ikik zijn intensiteit maxima, Γik de volle breedte op halve maxima (FWHM) en E0, i de posities van de piek van de twee bergtoppen van de Lorentz. 4. problemen oplossen en oplossing voor veelvoorkomende problemen Problemen in verband met gouden nanostaafjes eigenschappen. Slechte vangst stabiliteit. Zorg ervoor dat de belangrijkste resonantie (meestal longitudinale resonantie in geval van nanostaafjes) aan de kant van de blauwe golflengte van de golflengte van de laser overlapping. Als dat niet het geval is, de gradient force zal worden in plaats van aantrekkelijke37afstotend. Zoals het een nanostaafjes verkleind, de motie van Brownian schommelingen verhogingen, en tegelijkertijd de stabiliserende kracht van Stokes slepen afneemt. Verzeker de nanostaafjes zijn groot genoeg voor de xy-gradiënt kracht te overwinnen deze destabiliserende krachten. Overlappende of brede spectrale eigenschappen. Staven wilt hebben een groot genoeg hoogte-breedteverhouding voor LSPR toppen worden voldoende gescheiden worden individueel opgelost (Zie Figuur 1b).Opmerking: De golflengte van de laser zet een bovengrens voor de vorm anisotropie, sinds de longitudinale LSPR Roodverschuiving voor langere stangen. De nanodeeltjes moeten bij voorkeur worden klein genoeg om geen ondersteuning voor hogere orde LSPR modi in het zichtbare regime, aangezien dit de analyse compliceert. Nanoparticle selectie is een evenwicht tussen deze overweging en de kwestie van de stabiliteit overlapping in instructie 4.1.1.2. Onvoldoende circulair polarisatie van overlapping laser.Opmerking: Voor het verkrijgen van de optimale prestaties van de rotatie van de gevangen nanoparticle, het bereiken van het specimen vliegtuig laserlicht moet worden circulair gepolariseerd. Stralingsdelers en andere optische elementen kunnen polarisatie afhankelijk, die het onmogelijk te verkrijgen perfecte circulair polarisatie met behulp van alleen een QWP kan maken. Voeg een halve golf plaat (HWP; λ/2 in afbeelding 2) na de QWP in het pad om te compenseren voor beamsplitter dubbele breking. De lineaire polarisator en power meter configuratie instellen en uitvoeren van een analyse van de laser van polarisatie staat (zoals in de instructies 1.11.2-1.11.3). Voor elke positie in stappen van vijf graden van de QWP, de HWP via haar gehele hoekige bereik (90°) in stappen van vijf graden draaien en meten van de machtsverhouding voor elke positie. Streven naar de hoeken van QWP en HWP die de verhouding tussen maximale en minimale vermogen te maximaliseren.Opmerking: In onze ervaring was de maximale verhouding tussen de maximale en minimale bevoegdheden 0,75 zonder en 0.98 met de HWP correctie. Deeltjes vasthouden aan interface op laser vermogen ontoereikend is om te beperken van deeltjes in het xy-vlak. Het afstemmen van de concentratie van de oppervlakteactieve stof, door middel van een procedure en de daaropvolgende hernieuwde dispersie van de nanostaafjes wassen in een gecontroleerde concentratie van CTAB deeltje te stabiliseren. Centrifugeer de stockoplossing van nanodeeltjes tot deeltjes sediment (~ 5 min op 600g). De schorsing vloeistof afzuigen. Opnieuw verspreiden in water. Dit verdunt de CTAB inhoud van de stockoplossing. Herhaal stap 4.3.1.1. en 4.3.1.2. eens te meer.Opmerking: Aangezien CTAB als de colloïdale stabilisator fungeert, Vermijd buitensporige centrifugeertijd en snelheid in slagen wassen stappen aangezien het risico van aggregatie toeneemt naarmate de CTAB is weggespoeld. Allermeest naar de CTAB oppervlakteactieve stoffen in de originele colloïdale oplossing is nu verwijderd en een nieuwe, goed gecontroleerde, concentratie van CTAB kan worden ingevoerd om de colloid. Uit onze ervaring, verspreiden de stockoplossing in water met 20 µM van CTAB en daaropvolgende verdunning van de DI-water op de experimentele oplossing concentratie results in een oppervlakte dekking die voldoende Coulomb afkeer produceert. Mogelijke fine tuning van de CTAB concentratie nodig zou zijn om te maken van de juiste deeltje/oppervlak afkeer voor de specifieke batch van nanodeeltjes gebruikt. De bovenstaande procedure herhalen en iets veranderen de concentratie aan CTAB te vinden een goede. Glazen oppervlak wassen op negatieve lading oppervlak.Opmerking: Deze procedure wassen produceert een negatief geladen oppervlak dat zal worden bekleed met gratis CTAB moleculen in de experimentele oplossing, waardoor het positieve en via een elektrostatisch proces afstotend voor het deeltje tijdens 2D overlapping. Neem een microscoopglaasje en schoon in een mengsel van water en 2 wt % van fundamentele wasmiddel verwarmd tot 80 ° C gedurende ongeveer 10 minuten totdat het oppervlak zichtbaar hydrofiele.Opmerking: Vermijd wassen glas dia’s te lang of te hard, omdat dit kan het glasoppervlak poreus maken en een veelheid van besmetting deeltjes produceren. Problemen met foton autocorrelatie spectroscopie. Lage amplitude van de intensiteit trillingen of luidruchtige signaal. Voegt een bandfilter filter (BP filter in Figuur 2) voordat de collectie-vezel, die op zijn beurt het laserlicht en blokken donker-veld verlichting licht.Opmerking: In principe werkt de meting bij het verzamelen van alle licht ook. Echter ongepolariseerde wit licht DF verlichting efficiënt opwekt uit vliegtuig modi, en aangezien een nanostaafjes om zijn korte as in een vlak loodrecht op de optische as draait, dit is de out van vliegtuig dwarse LSPR. Deze modus draagt geen elke vorm anisotropie tijdens rotatie en verzamelen van licht van het alleen vermindert de signaal / ruisverhouding van de meting. Extra verval in de autocorrelatiefunctie. Zorg ervoor dat de grootte van de kern van de collectie vezel is groot genoeg om het imago van de nanoparticle tijdens al zijn excursies door translationeel Brownse beweging bevatten. Als een vezel met een te klein kern-formaat wordt gebruikt, vervangen door een grotere. Controleer de uitlijning van de nieuwe vezel, zoals in de instructies 2.1.4-2.1.5.

Representative Results

De rotatie en de rotatie Brownse beweging van een gouden nanostaafjes die goed is gevangen in de circulair gepolariseerde laser pincet kan worden peilden door het opnemen van de verstrooiing van licht intensiteit schommelingen (Figuur 3a) met behulp van een single-pixel detector. Een spectrum van de autocorrelatie van dit signaal bevat een oscillerende onderdeel, zoals weergegeven in Figuur 3b. die kan worden aangepast gemeten een theoretische autocorrelatiefunctie. De montage kan extraheren van de frequentie van de rotatie en de autocorrelatie verval tijd, dat is aan de roterende Brownian schommelingen, van het nanostaafje verwant. Zoals vermeld in het protocol (instructie 4.4.2), is het essentieel om te gebruiken van een voldoende dikke glasvezel kern voor het verzamelen van de terugverstrooide laserlicht voor foton correlatie spectroscopie. Als dit niet het geval, zal een extra verval term gerelateerde deeltje vertaling in en uit het volume van de sonde aanwezig zijn in de correlatiefunctie, Zie Figuur 4. Door middel van zorgvuldige analyse, kan dit zorgen voor meer informatie over het systeem; het bemoeilijkt echter de analyse van de roterende Brownian dynamiek opgenomen in de gegevens. Te verkrijgen bij juiste DF verstrooiing spectra gevangen nanodeeltjes, zoals beschreven in paragraaf 3.5, moet de ruwe spectrale gegevens worden gekalibreerd. Dit wordt gedaan door het opnemen van het spectrum van de lamp verlichting, evenals een achtergrond spectrum (figuur 5a). Bij het scherpstellen van intense laserlicht op een glazen oppervlak, zoals het substraat waartegen de nanostaafjes zitten, sommige fluorescentie kan worden gegenereerd (Zie de rode spectrale bijdrage in het spectrum van de achtergrond van figuur 5a). Deze fluorescentie-besmetting kan worden verminderd door het gebruik van gesmolten siliciumdioxide substraten. Echter is het hoe dan ook sterk aanbevolen om het opnemen van een achtergrond spectrum met lege optisch pincet op de juiste laser kracht. Wanneer een verstrooiing spectrum is opgenomen en alle spectrale componenten niet gerelateerd aan de werkelijke nanoparticle-verstrooiing hebben gecompenseerd voor het spectrum kan worden gemonteerd in energie-schaal met een bi-Lorentz montage-functie om informatie te extraheren met betrekking tot de LSPR piek posities (Figuur 5b). Figuur 1: SEM beelden en ensemble uitsterven spectra voor twee representatieve nanoparticle batches. een) Schaal bar is 200 nm. b) de blauw/rode grenst aan SEM beelden in een) komen overeen met de rood/blauw-spectrum, respectievelijk. De spectrale pieken aan de transversale en longitudinale LSPRs gerelateerde zijn duidelijk te onderscheiden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 2: Schematische afbeelding van optisch pincet setup voor nanoparticle rotatie metingen. Laserlicht is collimated en uitgebreid door een telescoop Kepleriaanse en vervolgens geleid naar het doel door middel van twee beweegbare spiegels (M1, M2) en een beamsplitter (BS). Twee waveplates in het pad van de laser optimaliseren de circulair polarisatie van de optisch pincet (λ/2, λ/4). Terugverstrooide laserlicht kan na een lineaire polarisator voor foton correlatie spectroscopie en roterende dynamics metingen worden verzameld. Na het verwijderen van het laserlicht, wordt verspreide wit licht geleid naar een spectrometer of een camera. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 3: vertegenwoordiger intensiteit en autocorrelatie gegevens met kromme passen voor een gevangen en roterende nanostaafjes. een) Intensiteit schommelingen opgenomen door de enkele pixel detector na een lineaire polarisator voor 1s, en een ingezoomde plot van de schommelingen. b) Autocorrelated van intensiteit schommelingen voor een roterende gouden nanostaafjes (blauwe punten), verzamelde gegevens uit terugverstrooide laserlicht. De gegevens tonen een trilling die na een paar periodes vervalt. De trilling is gerelateerd aan de frequentie van de rotatie van het nanostaafje, overwegende dat het verval te wijten aan de rotatie Brownse beweging is. A aanpassen aan de theoretische autocorrelatiefunctie wordt uitgevoerd (rode lijn) uitpakken van een rotatie-frequentie van f = 24285 ± 45 Hz en een correlatie verval tijd voor τ0 = 40.9 ± 1.06 µs. De f en τ0 onzekerheden vertegenwoordigen 95%-betrouwbaarheidsintervallen van de fit, die een determinatiecoëfficiënt (R2) van 0.9877 heeft. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 4: probleem met een te klein sonde volume in foton correlatie spectroscopie metingen. een) Autocorrelatie gegevens voor een roterende gouden nanostaafjes, verzameld met behulp van een dikke (400 µm, blauwe gegevens) en een dunne (62,5 µm, rode gegevens) vezel. Collectie met behulp van een dikke vezel zorgt ervoor dat het nanostaafje altijd binnen het volume van de sonde is beperkt en dat de autocorrelatiefunctie roterende dynamics alleen maatregelen. Een extra verval termijn als gevolg van translationeel Brownse beweging is aanwezig wanneer het volume van de sonde onvoldoende is. In b) en c), schematische illustraties van het effect en de beelden van de achterzijde verlicht collectie regio worden weergegeven. Schaal bars zijn 2 µm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 5: voorbeeldige donker veld verstrooiing spectra opgenomen voor een gouden nanostaafjes optisch gevangen door 660 nm laserlicht. De spectrale regio die 630-670 nm (1,85-1.97 eV) zou worden verstoord als gevolg van notch filters nodig voor het blokkeren van het laserlicht overlapping. een) Raw verstrooiing spectra (donkerblauw) functies die niet inherent zijn aan de verstrooiing van het deeltje en moeten worden gekalibreerd voor weergeven. Deze omvatten de achtergrond spectrum (rood), waarin het autofluorescence door de zeer gerichte laser licht opgewonden, en het spectrum van wit licht excitatie (oranje, opgenomen zonder notch filter). Na kalibratie toont de gecorrigeerde verstrooiing spectrum (licht blauw) twee verschillende bergtoppen van de LSPR zoals verwacht. De pijlen geven de schaal voor elk spectrum. b) verstrooiing spectrum voor een gevangen nanostaafjes (blauwe punten) samen met een pasvorm naar de bi-Lorentz model functie (rood) met bijbehorende onderdelen (lichtblauw en oranje). De vervormde spectrale regio wordt genegeerd in de montage van de gegevens en de pasvorm heeft een R-2 van 0.9975. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

De optische overlapping setup beschreven in dit protocol is opgebouwd rond een commerciële omgekeerde Microscoop en gebruikt rode laserlicht. Echter, de technieken beschreven zijn veelzijdig en kunnen worden gebruikt om te bouwen van circulair gepolariseerde optisch pincet rond de meest commerciële of huis-gebouwde microscopen, beide rechtop en omgekeerd, met slechts geringe wijzigingen. De golflengte van de laser overlapping kan worden gekozen binnen een brede zichtbaar–-NIR-spectrum, zo lang als de rest van de optische onderdelen en detectoren zijn functioneel bij deze specifieke golflengte. Echter bij het kiezen van een golflengte van de laser, moeten de grootte en de spectrale nabijheid resonanties van de deeltjes worden gemanipuleerd worden beschouwd omdat dit zal invloed hebben op de optische overlapping krachten en rotatie prestaties2,5, de omvang van photothermal effecten1, en de overlapping stabiliteit26. We hebben eerder succesvol samengewerkt met circulair gepolariseerde laser pincet met behulp van laser golflengten van 660, 785, 830 en 1064 nm.

Een van de belangrijkste onderdelen van de optische overlapping setup is de doelstelling van de Microscoop. Het doel van dit protocol is een droge doelstelling met NB = 0.95. Het gebruik van een droge doelstelling is experimenteel een eenvoudiger uitvoering van de installatie; het leidt echter tot optische aberraties als gevolg van refractie in de steekproef cel interfaces. In het onderhavige geval is het resultaat een iets grotere nadruk plek (~1.2 µm) vergeleken met de diffractie limiet (~0.4 µm), maar hierdoor de algemene of roterende prestaties van het platform niet aanzienlijk gewijzigd. In principe, kan een breed scala van Microscoop doelstellingen worden gebruikt, mits dat ze hebben goede transmissie op de overlapping golflengte, goede polarisatie onderhoud en lang genoeg afstand om uit te voeren van de overlapping door middel van een Microscoop cover slip en een laagje water. In het geval van 2D overlapping kunnen de waarde N.V.T. relatief laag, waarop maakt het hele experiment eenvoudiger en schoner circulair polarisatie in de focus is bepaald. Hogere machten van de laser kunnen echter vereist dan in het geval van een hoge doelstelling NA. In onze ervaring, de beste prestaties voor overlapping, rotatie en donker-veld spectroscopie wordt verkregen met doelstellingen met NA 0,7-0.95, maar het is mogelijk om te gebruiken zowel lagere als hogere nb doelstellingen.

Voor het verkrijgen van goede foton correlatie metingen van de roterende beweging, is een snelle single-pixel detector nodig. Kies een detector met een bandbreedte van minstens twee, liefst tienmaal, hoger dan de frequentie van de verwachte rotatie vermenigvuldigd met de vorm ontaarding factor en hoge gevoeligheid bij de golflengte van de overlapping gebruikt. Versterkte Si fotodetectoren, één foton tellen APDs, en PMTs zijn met succes in verschillende opstellingen in onze laboratoria gebruikt. Extra informatie, bijvoorbeeld over val stijfheid, kan worden verkregen door te meten en analyseren van deeltje translationeel verplaatsing met behulp van gevestigde technieken zoals macht spectrale analyse5. Een aantal eerdere publicaties beschrijven verschillende varianten van deze techniek38,39. DF spectroscopie kan worden uitgevoerd met behulp van een breed scala gratis-ruimte of glasvezel combinatie spectrometers en de keuze moet berusten op de spectraal bereik en golflengte en temporele resolutie die nodig zijn voor de geplande studie.

Wanneer u een overlapping-experiment uitvoert, geeft extra deeltjes de val per ongeluk. Dit kan worden gedetecteerd door het toezicht op de frequentie van de rotatie, die sterk als gevolg van de verstoring zal schommelen. Visuele inspectie door DF microscopie kan worden gebruikt om te controleren of de aanwezigheid van een extra deeltje, in welk geval de fase kan worden verplaatst om te voorkomen dat verdere verstoring of het experiment moet opnieuw worden gestart.

Het hierboven beschreven stelsel is een eenvoudige en efficiënte manier te realiseren van 2D opsluiting en draaien van metalen nanodeeltjes. Echter voor sommige toepassingen, de extra mate van vrijheid voor manipulatie die wordt geleverd met 3D overlapping is belangrijk, en de huidige configuratie is daarom een beperking. 3D opsluiting en rotatie kunnen echter haalbaar met behulp van teeltmateriaal tegen laser pincet of meer exotische overlapping configuraties.

Hoewel de parameters van het deeltje en systeem hier besproken kunnen worden geoptimaliseerd om photothermal verhitting tot onder ~ 15 K4, kunnen de temperatuurstijging Enterprise excitatie van metalen nanodeeltjes gekoppeld problematisch in bepaalde toepassingen. Een mogelijke route naar verdere vermindering van de warmte is het gebruik van hoge-index diëlektrische nanodeeltjes in plaats van Enterprise deeltjes. Zulke particles ondersteunen van sterke Mie-achtige verstrooiing resonanties maar tegelijkertijd vertonen lage intrinsieke absorptie coëfficiënten. We zijn onlangs geweest kundig voor vervaardiging van colloïdale resonant Si nanodeeltjes die nuttig kan zijn in dit opzicht40,41.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gesteund door de Knut en Alice Wallenberg Foundation, de Zweedse Raad voor het onderzoek en het Chalmers gebied van Advance nanowetenschap en nanotechnologie.

Materials

Gold nanoparticles Purchased or home-grown
Commersial inverted microscope Nikon Eclipse TI
Trapping laser Cobolt Flamenco 05-01  660 nm
Objective Nikon CFI Plan Apo Lambda 40X
Laser safety googles Thorlabs LG4
Assorted optomechanical components for mounting optics. A range of mounts, posts and components from any company
Lens 1 Keplarian telescope Thorlabs AC254-035-A-ML
Lens 2 Keplarian telescope Thorlabs LA1725-A-ML
Silver coated mirrors Thorlabs PF10-03-P01
Kinematic mirror mounts Thorlabs KM100
Translation stage Thorlabs PT1/M Quantity: 2
50/50 R/T Beamsplitter Chroma 21000
CMOS camera Andor Zyla 5.5
Quarter waveplate (QWP, λ/4) Thorlabs AQWP05M-600
Power meter Thorlabs PM100USB
Photodiode Power Sensors Thorlabs S121C
Linear polarizer Thorlabs LPVIS050 For laser polarization measurement
360° rotation mount Thorlabs RSP1/M
Half waveplate (HWP, λ/2) Thorlabs AHWP05M-600 Used if polarization is not sufficient with only QWP
Oil DF condenser Nikon C-DO Dark Field Condenser Oil 
30/70 R/T Beamsplitter Chroma 21009
Fast Si detector Thorlabs PDA36A-EC
Data Acquisition Module National Instruments USB-6361
Fiber 400 µm core size Thorlabs M74L01
xy-translation mount Thorlabs LM1XY/M
Linear polarizer Thorlabs LPVIS050
Spectrometer Princeton Instruments  IsoPlane SCT320 
CCD camera for spectrometer Princeton Instruments  PyLoN 
Notch filter Semrock NF03-658E-25
Notch filter Thorlabs NF658-26
Ultrasonic cleaner bath Branson Branson 3510 
Microscope slide Ted Pella 260202
No. 1.5 Coverslips VWR 630-2873
Aceton
Isopropanol
Basic detergent Hellma Hellmanex III Cleaning if particle sticking is an issue
Secure-Seal Spacer Thermo Fisher S24735 Spacer tape with hole, for making sample cell
Immersion Oil Zeiss 444960-0000-000 
PS beads Microparticles GmbH PS-R-5.0
Spectrophotometer Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR
SEM Zeiss Ultra 55 FEG SEM
Tweezers Any brand
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Andrén, D., et al. Probing photothermal effects on optically trapped gold nanorods by simultaneous plasmon spectroscopy and brownian dynamics analysis. ACS Nano. 11 (10), 10053-10061 (2017).
  2. Shao, L., Yang, Z. -. J., Andrén, D., Johansson, P., Käll, M. Gold nanorod rotary motors driven by resonant light scattering. ACS Nano. 9 (12), 12542-12551 (2015).
  3. Lehmuskero, A., Ogier, R., Gschneidtner, T., Johansson, P., Käll, M. Ultrafast spinning of gold nanoparticles in water using circularly polarized light. Nano Letters. 13 (7), 3129-3134 (2013).
  4. Šípová, H., Shao, L., Odebo Länk, N., Andrén, D., Käll, M. Photothermal DNA release from laser-tweezed individual gold nanomotors driven by photon angular momentum. ACS Photonics. , (2018).
  5. Hajizadeh, F., et al. Brownian fluctuations of an optically rotated nanorod. Optica. 4 (7), 746-751 (2017).
  6. Tong, L., Miljkovic, V. D., Käll, M. Alignment, rotation, and spinning of single plasmonic nanoparticles and nanowires using polarization dependent optical forces. Nano Letters. 10 (1), 268-273 (2009).
  7. Lehmuskero, A., Li, Y., Johansson, P., Käll, M. Plasmonic particles set into fast orbital motion by an optical vortex beam. Optics Express. 22 (4), 4349-4356 (2014).
  8. Lehmuskero, A., Johansson, P., Rubinsztein-Dunlop, H., Tong, L., Käll, M. Laser trapping of colloidal metal nanoparticles. ACS Nano. 9 (4), 3453-3469 (2015).
  9. Shao, L., Käll, M. Light-driven rotation of plasmonic nanomotors. Advanced Functional Materials. , (2018).
  10. Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics letters. 11 (5), 288-290 (1986).
  11. Neuman, K. C., Block, S. M. Optical trapping. Review of scientific instruments. 75 (9), 2787-2809 (2004).
  12. Chu, S., Hollberg, L., Bjorkholm, J. E., Cable, A., Ashkin, A. Three-dimensional viscous confinement and cooling of atoms by resonance radiation pressure. Physical Review Letters. 55 (1), 48 (1985).
  13. Svoboda, K., Block, S. M. Optical trapping of metallic Rayleigh particles. Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).
  14. Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., Block, S. M. Stretching DNA with optical tweezers. Biophysical journal. 72 (3), 1335-1346 (1997).
  15. Friese, M. E. J., Nieminen, T. A., Heckenberg, N. R., Rubinsztein-Dunlop, H. Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles. Nature. 394 (6691), 348-350 (1998).
  16. Gao, W., Wang, J. Synthetic micro/nanomotors in drug delivery. Nanoscale. 6 (18), 10486-10494 (2014).
  17. Li, M., Lohmüller, T., Feldmann, J. Optical injection of gold nanoparticles into living cells. Nano Letters. 15 (1), 770-775 (2014).
  18. Nelson, B. J., Kaliakatsos, I. K., Abbott, J. J. Microrobots for minimally invasive medicine. Annual review of biomedical engineering. 12, 55-85 (2010).
  19. Balk, A. L., et al. Kilohertz rotation of nanorods propelled by ultrasound, traced by microvortex advection of nanoparticles. ACS Nano. 8 (8), 8300-8309 (2014).
  20. Chen, H., Shao, L., Li, Q., Wang, J. Gold nanorods and their plasmonic properties. Chemical Society Reviews. 42 (7), 2679-2724 (2013).
  21. Maier, S. A. . Plasmonics: fundamentals and applications. , (2007).
  22. Xu, H., Bjerneld, E. J., Käll, M., Börjesson, L. Spectroscopy of single hemoglobin molecules by surface enhanced Raman scattering. Physical Review Letters. 83 (21), 4357 (1999).
  23. Chen, H., Kou, X., Yang, Z., Ni, W., Wang, J. Shape-and size-dependent refractive index sensitivity of gold nanoparticles. Langmuir. 24 (10), 5233-5237 (2008).
  24. Ruijgrok, P. V., Verhart, N. R., Zijlstra, P., Tchebotareva, A. L., Orrit, M. Brownian fluctuations and heating of an optically aligned gold nanorod. Physical Review Letters. 107 (3), 037401 (2011).
  25. Pelton, M., et al. Optical trapping and alignment of single gold nanorods by using plasmon resonances. Optics Letters. 31 (13), 2075-2077 (2006).
  26. Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. Expanding the optical trapping range of gold nanoparticles. Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).
  27. Ni, W., Ba, H., Lutich, A. A., Jäckel, F., Feldmann, J. Enhancing Single-Nanoparticle Surface-Chemistry by Plasmonic Overheating in an Optical Trap. Nano Letters. 12 (9), 4647-4650 (2012).
  28. Liu, M., Zentgraf, T., Liu, Y., Bartal, G., Zhang, X. Light-driven nanoscale plasmonic motors. Nature nanotechnology. 5 (8), 570-573 (2010).
  29. Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. All-optical control of microfluidic components using form birefringence. Nature Materials. 4 (7), 530-533 (2005).
  30. Jones, P., et al. Rotation detection in light-driven nanorotors. ACS Nano. 3 (10), 3077-3084 (2009).
  31. Bonin, K. D., Kourmanov, B., Walker, T. G. Light torque nanocontrol, nanomotors and nanorockers. Optics Express. 10 (19), 984-989 (2002).
  32. Arita, Y., et al. Rotational dynamics and heating of trapped nanovaterite particles. ACS Nano. 10 (12), 11505-11510 (2016).
  33. Lee, Y. E., Fung, K. H., Jin, D., Fang, N. X. Optical torque from enhanced scattering by multipolar plasmonic resonance. Nanophotonics. 3 (6), 343-350 (2014).
  34. Kyrsting, A., Bendix, P. M., Stamou, D. G., Oddershede, L. B. Heat profiling of three-dimensionally optically trapped gold nanoparticles using vesicle cargo release. Nano Letters. 11 (2), 888-892 (2010).
  35. Andres-Arroyo, A., Wang, F., Toe, W. J., Reece, P. Intrinsic heating in optically trapped au nanoparticles measured by dark-field spectroscopy. Biomedical Optics Express. 6 (9), 3646-3654 (2015).
  36. Ye, X., Zheng, C., Chen, J., Gao, Y., Murray, C. B. Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods. Nano Letters. 13 (2), 765-771 (2013).
  37. Arias-González, J. R., Nieto-Vesperinas, M. Optical forces on small particles: attractive and repulsive nature and plasmon-resonance conditions. JOSA A. 20 (7), 1201-1209 (2003).
  38. Berg-Sörensen, K., Flyvbjerg, H. Power spectrum analysis for optical tweezers. Review of Scientific Instruments. 75 (3), 594-612 (2004).
  39. Gittes, F., Schmidt, C. F. Interference model for back-focal-plane displacement detection in optical tweezers. Optics Letters. 23 (1), 7-9 (1998).
  40. Verre, R., et al. Metasurfaces and colloidal suspensions composed of 3D chiral Si nanoresonators. Advanced Materials. 29 (29), (2017).
  41. Verre, R., Odebo Länk, N., Andrén, D., Šípová, H., Käll, M. Large-scale fabrication of shaped high index dielectric nanoparticles on a substrate and in solution. Advanced Optical Materials. , (2018).

Tags

Gold NanorodRotary MotorOptical TweezersCircularly Polarized LightNano ParticleBrownian DynamicsLight Scattering SpectroscopyOptical Angular MomentumOptical Tweezer SetupLinearly Polarized LaserKeplerian Telescope50-50 Beam SplitterTrapping ObjectiveQuarter Wave Plate

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Andrén, D., Karpinski, P., Käll, M. Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System. J. Vis. Exp. (136), e57947, doi:10.3791/57947 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image