Измерване на разсейващите нелинейности от един протокол от плазмонични наночастици (превод
Въведение
Известно е, че поради LSPR дифузията е особено силна в плазмонните структури. Въз основа на основния електромагнетизъм, реакцията на разсейване на интензивността на инцидента трябва да бъде линейна. Въпреки това, в наночастиците дифузията и абсорбцията са тясно свързани от теорията на Мие и двете могат да бъдат изразени чрез реалните и въображаемите части на диелектричната константа. Ако приемем, че единичен ГНС се държи като дипол при светлинно осветление, коефициентът на разсейване (Q SCA) и коефициентът на поглъщане (Q abs) от една плазмонна наночастица според теорията на Mie може да се изрази като 19
където x е 2 πa/λ, a е радиусът на сферата и m 2 е ε m/ε d. Тук ε и ε m d съответстват съответно на диелектричните константи на метала и околните диелектрици. Тъй като формата на коефициента на дифузия е подобна на тази на коефициента на абсорбция на e, следователно се очаква да се наблюдава наситената дифузия в единична плазмонна наночастица.
Наскоро за първи път беше демонстрирано нелинейно наситено разсейване в изолирана плазмонна частица 21. Забележително е, че при дълбоко насищане интензивността на разсейване всъщност леко намалява с увеличаване на интензивността на възбуждане. Още по-забележително е, че когато интензивността на възбуждането продължи да се увеличава, след като разсейването е наситено, интензивността на разсейване отново се увеличава, показвайки ефекта от наситено обратно разсейване 20. В проучванията за дължина на вълната и дължина на вълната зависимият от размера показа силна връзка между LSPR и нелинейното разсейване 21. Зависимостите на интензивността и дължината на вълната на плазмонното разсейване са много сходни с тези на абсорбцията, което предполага общ механизъм, който под-разширява тези нелинейни поведения.
По отношение на приложенията е добре известно, че нелинейността помага да се подобри разделителната способност на светлинната микроскопия. През 2007 г. беше предложена микроскопия с наситено възбуждане (SAX), която може да подобри разделителната способност чрез извличане на наситения сигнал чрез времева синусоидална модулация на възбуждащия лъч 22. SAX микроскопията се основава на концепцията, че за фокус на лазера интензитетът е по-силен при центъра, отколкото в периферията. Ако сигналът (или флуоресценция, или разсейване) проявява поведение на насищане, наситеността трябва да започне от центъра, докато линейната реакция остава в периферията. Следователно, ако има метод за извличане само на наситената част, остава само централната част, като същевременно се изхвърля периферната част, като по този начин ефективно се подобрява пространствената разделителна способност. По принцип в микроскопията SAX няма долна граница на разделителната способност, стига да се достигне дълбоко насищане и няма увреждане на пробата поради интензивното осветление.
Доказано е, че разделителната способност на флуоресцентното изобразяване може драстично да се подобри с помощта на SAX техниката. Флуоресценцията обаче страда от ефекта на фото избелване. Комбинирайки откриването на нелинейността на разсейване и концепцията за SAX, може да се извърши дифузионна микроскопия със супер разделителна способност 21. В сравнение с класическите микроскопии със супер разделителна способност, базирана на техниката на дифузия - осигурява нов не избелващ контрастен процес. В тази статия е дадено поетапно описание, описващо процедурите, необходими за получаване и извличане на нелинейност от плазмонното разсейване. Описани са методи за идентифициране на нелинейности, въведени чрез дифузия, променяща интензивността на инцидента. Ще бъдат предоставени повече подробности, за да се разкрие как тези нелинейности влияят върху изображенията на единични наночастици и как пространствената разделителна способност може да бъде подобрена съответно чрез SAX техниката.
Необходим е абонамент. Моля, препоръчайте JoVE на вашия библиотекар.
Протокол
1. Подготовка на GNS проба
2. Подравняване на домашно изградения конфокален микроскоп
3. Характеризиране на нелинейната дифузия
4. Измерване на разсейването на спектър на една златна наносфера
5. Подравняване на микроскоп SAX
Необходим е абонамент. Моля, препоръчайте JoVE на вашия библиотекар.
Представителни резултати
Фигура 6 показва спектърът, измерен от 80 nm GNS. Крива, изчислена върху теорията на Мие, е дадена в същия сюжет, показвайки отлично съгласие. Пикът е от порядъка на LSPR 580 nm. В следващия експеримент дължината на лазерната вълна е 532nm, която е избрана, тъй като е разположена вътре в плазмонната лента, за да подобри оптичното разсейване с плазмоничен ефект и да позволи разсейване на насищане 21.
Фигура 7 представя разпръсква изображения на единична златна наночастица с различна интензивност на възбуждане, а долният ред осигурява линейния профил на всяка частица, за да подчертае нелинейността. Размерът на изображението е 600nm x 600nm, а размерът на пикселите е 13,8nm. Скоростта на придобиване е 234 000 пиксела в секунда в нормален xy режим на изображения. Всяко изображение е осреднено за пет придобивания, за да се подобри съотношението сигнал/шум.
Когато интензивността на възбуждане е по-малка от 1,5 × 10 6 W/cm 2, дисперсията е линейно зависима от интензивността на възбуждане, така че полученото изображение на единична наночастица изглежда като PSF на възбуждащия лъч, със стандартен гауссов профил. Когато обаче интензивността на възбуждане се увеличи до 1,7 × 10 6 W/cm 2, се наблюдава не само изравняване на оловото пред PSF, но и разширяване на FWHM, което показва наситеност. Много интересно е, че малко при по-висок интензитет централният интензитет става по-нисък от периферния, което води до PSF с форма на поничка. След това, тъй като интензивността на възбуждането продължава да се увеличава, интензивността на разсейване се увеличава отново, разкривайки обратна наситеност и в резултат на нов пик в центъра на PSF.