Name: construction and operation of a light-driven gold nanorod rotary motor system
Uploaded: 2018-06-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System at JoVE.com

Bu eser Knut ve Alice Wallenberg Vakfı, İsveçli Araştırma Konseyi ve önceden Nanobilim ve nanoteknoloji Chalmers alan tarafından desteklenmiştir.

1. dairesel yayın Optik cımbız nanopartikül rotasyon için polarize
<ol><li>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.</li>
	<li>Kuru bir hedefi bir sayısal diyafram 0.95 ila 40 X büyütme ile (NA) kullanın.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>En iyi lazer hizalama (1.9 içinde açıklandığı gibi) elde etmek için lazer aynalar (M1 ve M2 Şekil2) açılarını ince ayar yapın.</li>
	<li>Dairesel yayın lazer ışığı polarize.<ol>
<li>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.</li>
		<li>360 ° dönebilen bir doğrusal polarize ve objektif önünde bir güç metre ayarlayın.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Örnek uçak, lazer güç ölçmek.<ol>
<li>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.</li>
		<li>Çıktı laser güçlere sahip doğrusal bir tarama gerçekleştirin ve örnek uçak güç yoğunluğu için sonraki dönüşüm için karşılık gelen güçleri tuzağa kaydedin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>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.</li>
</ol>2. enstrümantasyon ölçümler için dönme, dönme Brown dinamiği ve spektroskopik özellikleri
<ol><li>Foton korelasyon spektroskopisi tek piksellik dedektörü kullanarak.<ol>
<li>Bir beamsplitter (30R/70T) backscattered ışık nanopartikül ayıklamak için optik yol yerleştirin.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Odak bir xyiçinde sabit bir koleksiyon lif üzerine ışık-çeviri Dağı. Bir doğrusal polarize önce koleksiyonu lif eklemek.</li>
		<li>Koleksiyon fiber hizalamasını, görünür ışık substrat aydınlatmak için lif çıkış ucuna birkaç. Bu görselleştirme ve analiz fiber koleksiyonu bölgesinin sağlar.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Karanlık alan spektroskopisi ayarı.<ol>
<li>Bakım örnek ve spektrometre, ışık ilgi spektral Aralık içinde engellemek değil sırayla arasındaki yolda tüm optik bileşenleri seçiminde alınması gerekiyor unutmayın.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. deneysel bir işlem
<ol><li>Deneyler için hazırlık parçacıkların.<ol>
<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Örnek hücre hazırlanması.<ol>
<li>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.</li>
		<li>100 µm spacer kaseti de cam slayt üzerinde yerleştirin.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Örnek hücre iki bölümden herhangi bir hava kabarcıkları odası içinde şekillendirme kaçınırken birbirine bağlar.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bir deney sahne.<ol>
<li>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.</li>
		<li>Başlat/bindirme lazer engelini kaldırmak.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Küçük odak düzeltme (aşağıda öğretim 3.4 açıklandığı gibi) otokorelasyon verilerden gauged bindirme istikrar veya rotasyon hızı, en üst düzeye çıkarmak.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dönme dynamics ölçümleri.<ol>
<li>Her zaman onun translasyonel hareket sırasında parçacık görüntüsünü alın için yeterli büyüklükte fiber bir koleksiyon bölge var emin olun.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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)}).</li>
		<li>Bir uyum için teorik otokorelasyon işlev gerçekleştirmek <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57947/57947eq1v2.jpg"> Ortalama Yoğunluk, ben1 nerede ben0 yoğunluğu dalgalanma genliği ve N derecesi tespit dönme Simetri (çubuk benzeri parçacıklar N = 2 için)2,3.</li>
		<li>Uygun döndürme frekans fçürümeye ve çürüme zamanı (dönme Albert hareketi dinamikleri ile ilgili) otokorelasyon sinyal τ0 ayıklayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Spektroskopik ölçümler.<ol>
<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Gerçek nanopartikül saçılma spektrum hesaplayarak erişmek <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57947/57947eq2v2.jpg">
</li>
		<li>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: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57947/57947eq3v2.jpg"> 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.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. sorun giderme ve ortak sorunlarına çözüm
<ol><li>Altın nanorod özellikleri için ilgili sorunları.<ol>
<li>Zavallı bindirme istikrar.<ol>
<li>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.</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Çakışan veya geniş spektral özellikleri.<ol>
<li>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.</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>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.<ol>
<li>Bir yarı-dalga (HWP; λ/2 Şekil 2' de) beamsplitter birefringence için telafi etmek için QWP yolundaki, sonra montaj levhası.</li>
		<li>Doğrusal polarize ve güç metre yapılandırma ayarlama ve lazer 's kutuplaşma durumu (olduğu gibi yönergeler 1.11.2-1.11.3) analizi gerçekleştirin.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Arayüzü yapışmasını parçacıklar lazer güç xyparçacıklar sınırlamak yetersiz-uçak.<ol>
<li>Yüzey aktif, yordam ve nanorods sonraki yeniden dağılım CTAB kontrollü bir konsantrasyon içinde yıkama bir parçacık ile sabitleme konsantrasyon ayarlayın.<ol>
<li>Nano tanecikleri hisse senedi çözüm parçacıklar tortu (~ 5 dk az 600 g) kadar santrifüj kapasitesi.</li>
			<li>Süspansiyon sıvı kaldırın.</li>
			<li>Suda yeniden dağıtmak. Bu hisse senedi çözüm CTAB içeriğini sulandırır.</li>
			<li>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.</li>
			<li>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.</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
</li>
		<li>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.<ol>
<li>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.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Foton otokorelasyon spektroskopisi ile ilgili sorunlar.<ol>
<li>Düşük yoğunluk salınımları veya gürültülü sinyal genliği.<ol>
<li>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.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Otokorelasyon işlev içinde ek çürüsün.<ol>
<li>Koleksiyon fiber çekirdek boyutu tüm onun gezi nedeniyle translasyonel Albert hareket sırasında nanopartikül görüntüsünü içerecek büyüklükte olduğundan emin olun.</li>
			<li>Bir çok küçük çekirdek boyutu ile bir lif kullanılmış ise, daha büyük bir ile değiştirin.</li>
			<li>Talimatları 2.1.4-2.1.5 olduğu gibi yeni lif hizalamasını denetleyin.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Andr&#233;n, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+photothermal+effects+on+optically+trapped+gold+nanorods+by+simultaneous+plasmon+spectroscopy+and+brownian+dynamics+analysis.">Probing photothermal effects on optically trapped gold nanorods by simultaneous plasmon spectroscopy and brownian dynamics analysis.</a> ACS Nano. 11 (10), 10053-10061 (2017).</li><li>Shao, L., Yang, Z. -. J., Andr&#233;n, D., Johansson, P., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanorod+rotary+motors+driven+by+resonant+light+scattering.">Gold nanorod rotary motors driven by resonant light scattering.</a> ACS Nano. 9 (12), 12542-12551 (2015).</li><li>Lehmuskero, A., Ogier, R., Gschneidtner, T., Johansson, P., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+spinning+of+gold+nanoparticles+in+water+using+circularly+polarized+light.">Ultrafast spinning of gold nanoparticles in water using circularly polarized light.</a> Nano Letters. 13 (7), 3129-3134 (2013).</li><li>&#352;&#237;pov&#225;, H., Shao, L., Odebo L&#228;nk, N., Andr&#233;n, D., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photothermal+DNA+release+from+laser-tweezed+individual+gold+nanomotors+driven+by+photon+angular+momentum.">Photothermal DNA release from laser-tweezed individual gold nanomotors driven by photon angular momentum.</a> ACS Photonics. , (2018).</li><li>Hajizadeh, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brownian+fluctuations+of+an+optically+rotated+nanorod.">Brownian fluctuations of an optically rotated nanorod.</a> Optica. 4 (7), 746-751 (2017).</li><li>Tong, L., Miljkovic, V. D., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alignment,+rotation,+and+spinning+of+single+plasmonic+nanoparticles+and+nanowires+using+polarization+dependent+optical+forces.">Alignment, rotation, and spinning of single plasmonic nanoparticles and nanowires using polarization dependent optical forces.</a> Nano Letters. 10 (1), 268-273 (2009).</li><li>Lehmuskero, A., Li, Y., Johansson, P., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+particles+set+into+fast+orbital+motion+by+an+optical+vortex+beam.">Plasmonic particles set into fast orbital motion by an optical vortex beam.</a> Optics Express. 22 (4), 4349-4356 (2014).</li><li>Lehmuskero, A., Johansson, P., Rubinsztein-Dunlop, H., Tong, L., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+trapping+of+colloidal+metal+nanoparticles.">Laser trapping of colloidal metal nanoparticles.</a> ACS Nano. 9 (4), 3453-3469 (2015).</li><li>Shao, L., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-driven+rotation+of+plasmonic+nanomotors.">Light-driven rotation of plasmonic nanomotors.</a> Advanced Functional Materials. , (2018).</li><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles.">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Optics letters. 11 (5), 288-290 (1986).</li><li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping.">Optical trapping.</a> Review of scientific instruments. 75 (9), 2787-2809 (2004).</li><li>Chu, S., Hollberg, L., Bjorkholm, J. E., Cable, A., Ashkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+viscous+confinement+and+cooling+of+atoms+by+resonance+radiation+pressure.">Three-dimensional viscous confinement and cooling of atoms by resonance radiation pressure.</a> Physical Review Letters. 55 (1), 48 (1985).</li><li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+of+metallic+Rayleigh+particles.">Optical trapping of metallic Rayleigh particles.</a> Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).</li><li>Wang, M. D., Yin, H., Landick, R., Gelles, J., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretching+DNA+with+optical+tweezers.">Stretching DNA with optical tweezers.</a> Biophysical journal. 72 (3), 1335-1346 (1997).</li><li>Friese, M. E. J., Nieminen, T. A., Heckenberg, N. R., Rubinsztein-Dunlop, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+alignment+and+spinning+of+laser-trapped+microscopic+particles.">Optical alignment and spinning of laser-trapped microscopic particles.</a> Nature. 394 (6691), 348-350 (1998).</li><li>Gao, W., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+micro/nanomotors+in+drug+delivery.">Synthetic micro/nanomotors in drug delivery.</a> Nanoscale. 6 (18), 10486-10494 (2014).</li><li>Li, M., Lohm&#252;ller, T., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+injection+of+gold+nanoparticles+into+living+cells.">Optical injection of gold nanoparticles into living cells.</a> Nano Letters. 15 (1), 770-775 (2014).</li><li>Nelson, B. J., Kaliakatsos, I. K., Abbott, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microrobots+for+minimally+invasive+medicine.">Microrobots for minimally invasive medicine.</a> Annual review of biomedical engineering. 12, 55-85 (2010).</li><li>Balk, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kilohertz+rotation+of+nanorods+propelled+by+ultrasound,+traced+by+microvortex+advection+of+nanoparticles.">Kilohertz rotation of nanorods propelled by ultrasound, traced by microvortex advection of nanoparticles.</a> ACS Nano. 8 (8), 8300-8309 (2014).</li><li>Chen, H., Shao, L., Li, Q., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanorods+and+their+plasmonic+properties.">Gold nanorods and their plasmonic properties.</a> Chemical Society Reviews. 42 (7), 2679-2724 (2013).</li><li>Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plasmonics: fundamentals and applications. , (2007).</li><li>Xu, H., Bjerneld, E. J., K&#228;ll, M., B&#246;rjesson, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopy+of+single+hemoglobin+molecules+by+surface+enhanced+Raman+scattering.">Spectroscopy of single hemoglobin molecules by surface enhanced Raman scattering.</a> Physical Review Letters. 83 (21), 4357 (1999).</li><li>Chen, H., Kou, X., Yang, Z., Ni, W., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape-and+size-dependent+refractive+index+sensitivity+of+gold+nanoparticles.">Shape-and size-dependent refractive index sensitivity of gold nanoparticles.</a> Langmuir. 24 (10), 5233-5237 (2008).</li><li>Ruijgrok, P. V., Verhart, N. R., Zijlstra, P., Tchebotareva, A. L., Orrit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brownian+fluctuations+and+heating+of+an+optically+aligned+gold+nanorod.">Brownian fluctuations and heating of an optically aligned gold nanorod.</a> Physical Review Letters. 107 (3), 037401 (2011).</li><li>Pelton, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+and+alignment+of+single+gold+nanorods+by+using+plasmon+resonances.">Optical trapping and alignment of single gold nanorods by using plasmon resonances.</a> Optics Letters. 31 (13), 2075-2077 (2006).</li><li>Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanding+the+optical+trapping+range+of+gold+nanoparticles.">Expanding the optical trapping range of gold nanoparticles.</a> Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).</li><li>Ni, W., Ba, H., Lutich, A. A., J&#228;ckel, F., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+Single-Nanoparticle+Surface-Chemistry+by+Plasmonic+Overheating+in+an+Optical+Trap.">Enhancing Single-Nanoparticle Surface-Chemistry by Plasmonic Overheating in an Optical Trap.</a> Nano Letters. 12 (9), 4647-4650 (2012).</li><li>Liu, M., Zentgraf, T., Liu, Y., Bartal, G., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-driven+nanoscale+plasmonic+motors.">Light-driven nanoscale plasmonic motors.</a> Nature nanotechnology. 5 (8), 570-573 (2010).</li><li>Neale, S. L., MacDonald, M. P., Dholakia, K., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-optical+control+of+microfluidic+components+using+form+birefringence.">All-optical control of microfluidic components using form birefringence.</a> Nature Materials. 4 (7), 530-533 (2005).</li><li>Jones, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotation+detection+in+light-driven+nanorotors.">Rotation detection in light-driven nanorotors.</a> ACS Nano. 3 (10), 3077-3084 (2009).</li><li>Bonin, K. D., Kourmanov, B., Walker, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+torque+nanocontrol,+nanomotors+and+nanorockers.">Light torque nanocontrol, nanomotors and nanorockers.</a> Optics Express. 10 (19), 984-989 (2002).</li><li>Arita, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotational+dynamics+and+heating+of+trapped+nanovaterite+particles.">Rotational dynamics and heating of trapped nanovaterite particles.</a> ACS Nano. 10 (12), 11505-11510 (2016).</li><li>Lee, Y. E., Fung, K. H., Jin, D., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+torque+from+enhanced+scattering+by+multipolar+plasmonic+resonance.">Optical torque from enhanced scattering by multipolar plasmonic resonance.</a> Nanophotonics. 3 (6), 343-350 (2014).</li><li>Kyrsting, A., Bendix, P. M., Stamou, D. G., Oddershede, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+profiling+of+three-dimensionally+optically+trapped+gold+nanoparticles+using+vesicle+cargo+release.">Heat profiling of three-dimensionally optically trapped gold nanoparticles using vesicle cargo release.</a> Nano Letters. 11 (2), 888-892 (2010).</li><li>Andres-Arroyo, A., Wang, F., Toe, W. J., Reece, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+heating+in+optically+trapped+au+nanoparticles+measured+by+dark-field+spectroscopy.">Intrinsic heating in optically trapped au nanoparticles measured by dark-field spectroscopy.</a> Biomedical Optics Express. 6 (9), 3646-3654 (2015).</li><li>Ye, X., Zheng, C., Chen, J., Gao, Y., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+binary+surfactant+mixtures+to+simultaneously+improve+the+dimensional+tunability+and+monodispersity+in+the+seeded+growth+of+gold+nanorods.">Using binary surfactant mixtures to simultaneously improve the dimensional tunability and monodispersity in the seeded growth of gold nanorods.</a> Nano Letters. 13 (2), 765-771 (2013).</li><li>Arias-Gonz&#225;lez, J. R., Nieto-Vesperinas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+forces+on+small+particles:+attractive+and+repulsive+nature+and+plasmon-resonance+conditions.">Optical forces on small particles: attractive and repulsive nature and plasmon-resonance conditions.</a> JOSA A. 20 (7), 1201-1209 (2003).</li><li>Berg-S&#246;rensen, K., Flyvbjerg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Power+spectrum+analysis+for+optical+tweezers.">Power spectrum analysis for optical tweezers.</a> Review of Scientific Instruments. 75 (3), 594-612 (2004).</li><li>Gittes, F., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+model+for+back-focal-plane+displacement+detection+in+optical+tweezers.">Interference model for back-focal-plane displacement detection in optical tweezers.</a> Optics Letters. 23 (1), 7-9 (1998).</li><li>Verre, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metasurfaces+and+colloidal+suspensions+composed+of+3D+chiral+Si+nanoresonators.">Metasurfaces and colloidal suspensions composed of 3D chiral Si nanoresonators.</a> Advanced Materials. 29 (29), (2017).</li><li>Verre, R., Odebo L&#228;nk, N., Andr&#233;n, D., &#352;&#237;pov&#225;, H., K&#228;ll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+fabrication+of+shaped+high+index+dielectric+nanoparticles+on+a+substrate+and+in+solution.">Large-scale fabrication of shaped high index dielectric nanoparticles on a substrate and in solution.</a> Advanced Optical Materials. , (2018).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu protokol için açıklanan optik bindirme Kur ticari ters mikroskop inşa edilmiştir ve kırmızı lazer ışık kullanır. Ancak, açıklanan teknikleri çok yönlü ve çevresinde en ticari veya ev yapımı mikroskoplar, her iki dik dairesel yayın yapan Optik cımbız oluşturmak ve ters, ile yalnızca değişiklikler hafif için kullanılabilir. Optik bileşenleri ve dedektörler geri kalanı olduğu sürece bu belirli dalga boyu fonksiyonel bindirme lazer dalga boyu geniş görünür-NIR spektrum içinde seçilebilir. Bu optik bindirme kuvvetler ve rotasyon performans2,5etkiler çünkü yine de, bir dalga boyunda seçerken, boyutu ve spektral çevresinde rezonanslar parçacıkların manipüle edilebilir için düşünülmesi gereken, photothermal büyüklüğü1ve bindirme istikrar26etkiler. Biz daha önce başarıyla 660, 785, 830 ve 1064 nm lazer dalga boyu kullanarak dairesel yayın yapan lazer cımbız ile çalıştı.
Mikroskop objektif optik bindirme kurulumunun en önemli bileşenleri, biridir. Amaç bu Protokolü'NA ile Kuru bir hedeftir 0,95 =. Kuru bir amaç deneysel olarak kurulum basit bir gerçekleşme kullanmaktır; Ancak, bu örnek hücre arabirimleri kırılma nedeniyle optik aberasyonları yol açmaz. Mevcut durumda, genişlemiş odak nokta (~1.2 µm) kırınım sınırı (~0.4 µm) karşılaştırıldığında, ama bu platform genel veya döner performansını önemli ölçüde değişmez sonucudur. Prensipte, mikroskop hedefleri çeşitli kullanılan, bindirme dalga boyu, iyi polarizasyon bakım ve bindirme mikroskop kapak notu ve su yoluyla gerçekleştirmek için yeterince uzun çalışma mesafesi iyi iletim olması koşuluyla. 2D bindirme durumunda hangi tüm deney basitleştirir ve temiz dairesel polarizasyon odak sağlar NA göreceli olarak düşük olabilir. Ancak, daha yüksek lazer gücü daha yüksek bir NA hedefi durumunda gerekli olabilir. Bizim deneyim, en iyi performans için bindirme, döndürme ve karanlık alan spektroskopisi ile NA 0,7-0,95 hedefleri ile elde edilir, ancak daha düşük hem de yüksek NA hedefleri kullanmak mümkündür.
İyi foton döner hareket korelasyon ölçümleri elde etmek için bir hızlı tek piksellik dedektörü gereklidir. Bir bulmak bir bant genişliği ile en az iki, tercihen on, kat daha fazla şekil yozlaşma faktörü ve kullanılan bindirme dalga boyu, yüksek hassasiyet ile çarpılır beklenen döndürme sıklığı seçin. Güçlendirilmiş Si photodetectors, tek foton APDs ve PMTs sayma laboratuarlarımızda farklı kurulumları içinde başarı ile kullanılmaktadır. Ek bilgi, tuzak sertlik, örneğin tarafından ölçme ve analiz parçacık translasyonel deplasman güç spektral analizi5gibi köklü teknikleri kullanma elde edilebilir. Bir sayı önceki yayınların bu tekniği38,39farklı türevleri açıklar. DF spektroskopisi gerçekleştirilen bir geniş boşluk kullanarak veya fiber birleştiğinde Spektrometreler ve seçim spektral Aralık ve dalga boyu ve zamansal çözünürlük planlı çalışma için gerekli temel almalıdır.
Bir bindirme deney gerçekleştirirken, ek parçacıklar yanlışlıkla tuzak girebilirsiniz. Bu kesinlikle rahatsızlık nedeniyle dalgalanma olacaktır döndürme frekans izleyerek tespit edilebilir. DF mikroskobu tarafından görsel denetim ek bir parçacık varlığını doğrulamak için kullanılabilir, bu durumda sahne alanı daha fazla karışıklık önlemek için hareket edebilir veya deneme yeniden başlatılması gerekiyor.
Yukarıda açıklanan sistem 2D hapsi ve metalik nano tanecikleri döndürme gerçekleştirmek için basit ve etkili bir yoludur. Ancak, bazı uygulamalar için 3D yakalama ile gelir manipülasyon için özgürlük ilave derecede önemlidir ve geçerli yapılandırma bu nedenle bir kısıtlamadır. Ancak, 3D hapsi ve rotasyon counter lazer cımbız veya daha egzotik bindirme yapılandırmaları yayılıyor kullanarak ulaşılabilir olabilir.
Burada tartışılan parçacık ve sistem parametreleri için ~ 15 K4Isıtma photothermal azaltmak için optimize edilebilir olsa da, metal nano tanecikleri Plazmonik uyarma ile ilişkili sıcaklık artışı belli sorunlu olabilir uygulamaları. Mümkün bir yol daha fazla ısı azaltma doğru yüksek-dizin dielektrik nano tanecikleri yerine Plazmonik parçacıklar kullanmaktır. Bu tür parçacıklar güçlü Mie-türü saçılma rezonanslar destek ama aynı zamanda düşük iç emme katsayıları sergilemek. Biz son zamanlarda bu saygı40,41yılında yararlı olabilir kolloidal rezonans Si nano tanecikleri üretmek mümkün olmuştur.

Bu makalede sunulan yöntemleri çoğaltır bu bizim önceki iş1 ' altın nanorod ışık tahrik Döner motorlar etkileyen nano photothermal etkileri çalışırdım. Değişik-in deneysel platform birkaç ilgili yayınlar2,3,4,5,6,7,8', kullanılan 9.
Optik cımbız, fizik, biyoloji, mühendislik10,11,12,13,14 küçük uzunluğu ölçekler konum, kuvvet ve lineer momentum aktarımını denetlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır . Kapana kısılmış nesneleri15tork sürekli transferi çünkü açısal momentum dairesel yayın yapan ışık tarafından yapılan ek hareket kontrolü için istihdam edilebilir. Optik doğrusal ve açısal momentum transfer birleştirerek, sonra tek hücreleri16,17, nano içine ilaç dağıtım gibi çeşitli uygulamalar için potansiyel ile non-invaziv döner nanomotors inşa etmek mümkündür Cerrahi18ve etkin nanofluidics19, diğerleri arasında.
Metalik nano tanecikleri hafif tahrik manipülasyon konusu olarak kullanarak, bir yerelleştirilmiş yüzey plasmon rezonanslar (LSPR'ın), büyük optik kesitleri, çevresel değişiklikler ve büyük alan yüksek hassasiyet sağlar avantajlarından yararlanabilir geliştirmeleri20,21,22,23. Bu sınır Etüdleri hazinesi plasmonics ve optik manipülasyon8,24,25,26,27arasında yol açmıştır. LSPR tarafından sağlanan güçlü ışık-madde etkileşim dairesel yayın yapan lazer cımbız su2kayıt döndürme frekanslarda dönmeye altın nanorods sürüş yeteneğine sahip olduğu bir platform tasarımı bize sağladı. Dönen bir nanorod Albert hareketini izleyerek,3,5çevre ve sıcaklık ile ilgili detaylı bilgi elde edilebilir. Eşzamanlı spektroskopik analiz analizi, mühendislerimizin yerel sıcaklık için bir ek bağımsız bilgi kanalı ve dönen nanorod1morfolojik istikrar sağlar. Çeşitli sistemler ve yapılandırmaları eğitim ve döner hareket alanı15,28,29,30 içinde önemli bilgiler üreten Optik cımbız uygulamak için kullanılmıştır , 31 , 32. bir tek nanorod nanometre boyutu rejim için erişim verir ancak, bu çalışmaların en nesneleriyle birkaç mikrometre çapında ele alınmıştır. Ayrıca, ne zaman nanorods döner nanomotor, tork kullanılan altın verimli bir şekilde esas üzerinden saçılma2,33transfer edilir. Bu kapana kısılmış parçacık3,34,35aşırı ısınma riski azaltır.
Aşağıdaki yöntem, verimli optik bindirme ve metal nano tanecikleri döndürme yeteneğine sahip bir sistem oluşturmak için gereken adımları özetlemektedir. Bu çalışmalarda kabul altın nanorods yüksek kesitleri saçılma var ve radyasyon basıncı çevrilene degrade kuvvet yayılma yönünde daha güçlü olduğu ortaya çıkıyor. Hala 3D parçacıklar sınırlandırmak için biz bir cam yüzeyinden Coulomb itme ve lazer saçılma kuvvet yayılma yönünde kuvvet dengesini kullanmaktadır. Bu 2D-bindirme yapılandırma, büyük ölçüde standart 3D Optik cımbız, karşılaştırıldığında yakalanabilir parçacıklar aralığını genişletir ve kolayca karanlık alanlı optik görüntüleme ve spektroskopi ile birleştirilebilir.
Kapana kısılmış ve dönen metal nanopartikül çevresi ile etkileşim kurar ve bu etkileşim hakkında detaylı bilgi, hareket ve spektral özellikleri bulunur. Dairesel yayın yapan Optik cımbız nasıl açıklayan sonra biz bu nedenle de nasıl tümleştirilir dönme dynamics problama için ve Rayleigh saçılması spectra deneysel kurulumunda ölçme araçları özetlemektedir. Fizik, kimya, biyoloji, nano döndürme olayların çalışmalar için çok yönlü bir platform sonucudur.
Bu iletişim kuralı araştırmacı uygun kolloidal metal nano tanecikleri tercihen tek kristal altın nanorods erişimi olduğunu varsayar. Altın nanorods özel şirketlerden satın veya ıslak-Kimya yöntemlerle evde sentez. Bizim deneylerde kullanılan nanorods Ye içinde açıklanan tohum-aracılı büyüme yöntemi tarafından yapılan vd. 201336. Avantajlı mi Morfoloji ve nano tanecikleri optik özelliklerini de, örneğin Tarama elektron mikroskobu (SEM) ve optik yok olma ölçümleri kullanarak karakterizedir. Şekil 1 temsilcisi nanorod tip1böyle ölçülerini kaydedilmiş verileri görüntüler.
Bir anahat iletişim kuralı aşağıdaki gibidir: ilk bölümünde, biz üzerinde dairesel polarizasyon dayalı Optik cımbız inşaatı tarif. İkinci bölümünde, kendi dönme dinamikleri ve saçılma özellikleri kaydederek nanomotor bilgileri ayıklamak nasıl açıklar. Döndürme frekans ve dönme Albert hareketi kapana kısılmış parçacık ölçüleceğini foton korelasyon spektroskopi kullanarak aracılığıyla hızlı tek piksellik dedektörü3bir doğrusal polarize filtre projelendirme backscattered lazer ışık tarafından. Veri bir teorik otokorelasyon işlevine yaklaştırarak, rotasyon frekans ve çürüme zaman dönme Brown difüzyon ayıklanan2,3olabilir. Kapana kısılmış ve dönen nanopartikül optik özelliklerini parçacık ve çevresine tamamlayıcı bilgiler sağlar karanlık alan spektroskopisi kullanılarak ölçülür. Üçüncü bölümünde, bindirme ve altın nanorods döndürme için deneysel bir işlem açıklanmaktadır.
Şu ana kadar açıklanan protokol nanopartikül döndürme için işleyen bir dairesel yayın yapan Optik cımbız sistemi basit bir yoludur. Ancak, bazen bu isteğe bağlı ek dikkat sorunları ortaya. Dördüncü bölümünde, birkaç biz karşılaştığı ortak sorunları ve nasıl onları adresine anahat. Bunlar zavallı tuzak istikrar (4.1) önde gelen nanopartikül optik özellikleri ile ilgili konular yer alıyor, düşük dönme frekansları beamsplitter birefringence (4,2), neden suboptimal dairesel polarizasyon nedeniyle nano tanecikleri cam yüzeyde yapıştırma yetersiz Coulomb itme (4.3) ve karakteristik otokorelasyon sinyal (4.4) sapma nedeniyle.

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

construction and operation of a light-driven gold nanorod rotary motor system

Oluşturmak ve döndürme ve nano Tork ölçme imkanı, temel çalışma ve biyolojik ve yapay nanomotors uygulanması olduğunu ve tek hücre Analizi doğru yeni yollar çalışmalar sigara denge sağlayabilir Termodinamik ve nano sistemleri mekanik çalıştırma. Sürücü döndürme facile bir biçimde Optik cımbız odaklı dairesel yayın yapan lazer ışık kullanmaktır. Bu yaklaşımı kullanarak, metalik nano tanecikleri suda benzeri görülmemiş dönüş frekanslarda iplik yüksek verimli saçılma tahrik Döner motorlar olarak çalıştırılabilir.
Bu iletişim kuralı, biz İnşaat ve dairesel yayın polarize Optik cımbız nanopartikül döndürme için anahat ve Brown dinamiği ve kapana kısılmış parçacık Rayleigh saçılması kaydetmek için gerekli araçları açıklar. Dönme hareketi ve saçılma spectra nanopartikül ve onun derhal çevre özellikleri üzerinde bağımsız bilgi sağlar. Deneysel platformu Ortaölçek ölçere viskozite ve nanorods ve moleküler kaplama, morfolojik değişiklikleri izlemek için yerel sıcaklık ve bir dönüştürücü ve prob photothermal ve termodinamik süreçlerin olarak yararlı olmuştur.

Döndürme ve dönme Albert hareketi düzgün dairesel yayın yapan lazer cımbız kapana kısılmış bir altın nanorod, bir tek piksellik dedektörü kullanarak ışık saçılım yoğunluğu dalgalanmalar (Şekil 3a) kaydederek probed. Bu sinyal bir otokorelasyon spektrum Şekil 3b' de gösterilene benzer bir salınım bileşeni içerir. hangi bir teorik otokorelasyon işlevine uygun olabilir. Uygun döndürme frekans ve nanorod için dönme Brown dalgalanmalar ile ilgili otokorelasyon çürümesine zaman ayıklama sağlar.
Protokolü (Öğretim 4.4.2) belirtildiği gibi backscattered lazer ışık foton korelasyon spektroskopisi için toplamak için yeterince kalın elyaf çekirdek kullanmak esastır. Yoksa, parçacık çeviri sonda birim içinde ve dışında ilgili bir ek decay terimi korelasyon işlevinde bulunması, bkz. Şekil 4. Dikkatli analizi ile bu sistemi hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir; Ancak, verilerde bulunan döngüsel Brown dinamiği Analizi zorlaştırmaktadır.
Doğru DF saçılma spectra kapana kısılmış nano tanecikleri, 3.5 bölümünde açıklandığı gibi elde etmek için ham spektral verilerin ayarlanması gerekir. Bu aydınlatma lambası spektrum gibi bir arka plan spektrum (Şekil 5a) kaydı tarafından yapılır. Karşı nanorods tuzağa, substrat gibi bir cam yüzeyinde yoğun lazer ışığı netleme yaparken bazı floresans oluşturulan (bkz. Şekil 5aarka plan spektrumunda Kırmızı spektral katkısı). Bu floresan kirlenme erimiş silis yüzeylerde kullanılarak azaltılabilir. Ancak, yine de bir arka plan spektrum boş Optik cımbız doğru lazer gücü ile kaydetmek için önerilir. Ne zaman bir saçılma spektrum kaydedilir ve spektrum enerji ölçeğinde bı-Lorentzian sığdırma işleviyle bilgi ayıklamak için takılabilir için gerçek nanopartikül saçılma ilgili değil bütün spektral bileşenlerin telafi ile ilgili LSPR tepe pozisyonları (Şekil 5b).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig1.jpg"> Şekil 1: SEM görüntüleri ve topluluğu yok olma spectra için iki temsilcisi nanopartikül toplu işlemleri. bir) Ölçek çubuğu olduğunu 200 nm. b) mavi/kırmızı sınırlanmıştır SEM görüntüleri bir) kırmızı/mavi spektrum için sırasıyla karşılık gelir. Enine ve boyuna LSPRs ilgili spektral doruklarına açıkça ayırdedilebilir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57947/57947fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig2.jpg"> Şekil 2: nanopartikül döndürme ölçümler için Optik cımbız kurulumunun Şematik çizimde. Lazer ışık collimated ve Keplerian teleskopla genişletilmiş ve daha sonra objektif kullanımı ile iki hareketli aynalar (M1, M2) ve beamsplitter (BS) destekli. Lazer yolundaki iki waveplates dairesel polarizasyon Optik cımbız (λ/2, λ/4) en iyi duruma getirme. Backscattered lazer ışığı doğrusal polarize foton korelasyon spektroskopisi ve dönme dynamics ölçümler için sonra toplanabilir. Lazer ışık kaldırdıktan sonra dağınık beyaz ışık bir Spektrometre veya bir fotoğraf makinesi için yönlendirilir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57947/57947fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig3.jpg"> Şekil 3: temsilcisi yoğunluğu ve otokorelasyon veri eğri ile uygun bir kapana kısılmış ve dönen nanorod. için bir) Yoğunluk dalgalanmaları 1'ler ve dalgalanmalar içinde yakınlaştırılmış bir arsa için bir doğrusal polarize sonra tek piksellik dedektörü tarafından kaydedildi. b) backscattered lazer ışığı toplanan Autocorrelated veri yoğunluğu dalgalanma dönen altın nanorod (mavi noktaları), için. Verileri birkaç süre sonra bozunmaları bir salınım gösterir. Çürüme dönme Albert hareketi nedeniyle ise salınım nanorod döndürme sıklığı ilişkilidir. A teorik otokorelasyon işlevine uygun gerçekleştirilir (kırmızı çizgi f döndürme sıklığını ayıklamak için) = 24285 ± 45 Hz ve bir korelasyon çürüme zaman τ0 40,9 ± 1,06 µs =. F ve τ0 belirsizlikler % 95 güven aralıkları 0.9877 belirlenmesi (R2) katsayısı vardır uygun temsil eder. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57947/57947fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig4.jpg"> Şekil 4: sorun bir çok küçük sonda hacmindeki foton korelasyon spektroskopisi ölçümleri. bir) Otokorelasyon veri dönen altın nanorod için toplanan bir kalın (400 µm, mavi veri) ve bir ince (62.5 µm, kırmızı veri) kullanarak lif. Kalın bir kumaş kullanarak toplama nanorod her zaman sonda birim içinde sınırlı olduğunu ve otokorelasyon işlev dönüş dynamics yalnızca ölçer sağlar. Bir ek Çürüme translasyonel Albert hareket nedeniyle soruşturma hacmi yetersiz olduğunda mevcut bir terimdir. Buna b) ve c), etkisi şematik çizimler ve resimler koleksiyonu arka ışıklı bölge gösterilir. Ölçek barlar vardır 2 µm. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57947/57947fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57947/57947fig5.jpg"> Şekil 5: örnek karanlık alan saçılma spectra kaydedilen için optik 660 nm lazer ışık tarafından tuzağa bir altın nanorod. Spektral bölge 630-670 nm (1.85-1,97 eV) yakalama lazer ışığı engellemek için gerekli çentik filtreleri nedeniyle bozulmuş. bir) ham saçılma spectra (koyu mavi) parçacık saçılım için doğal olmayan ve için ayarlanması özelliklerini görüntüleme. Bu autofluorescence son derece odaklanmış lazer ışığı tarafından heyecan içerir, arka plan spektrum (kırmızı) ve beyaz ışık uyarma spektrum içerir (portakal, kaydedilen çentik filtresi). Kalibrasyon sonra düzeltilmiş saçılma spektrum (açık mavi) iki ayrı LSPR doruklarına beklendiği gibi gösterir. Okları her spektrum için ölçek gösterir. b) saçılma spektrum (açık mavi ve turuncu) bileşenleri ile (kırmızı) bı-Lorentzian modeli çalışması için bir uyum ile birlikte kapana nanorod (mavi noktaları) için. Bozuk spektral bölge verileri uydurma gözardı edilir ve 0.9975, R2 oturuyor. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57947/57947fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System at JoVE.com

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

Plazmonik altın nanorods sıvılar içinde sıkışıp ve dairesel yayın polarize Optik cımbız kullanarak kHz frekanslarda döndürülmüş. Brown dinamiği Analizi ve hafif scatteringspectroscopy ilgili araçlar tanıtımı araştırma ve bilim çok sayıda alanlarda uygulama güçlü bir sistemi yol açar.

İnşaat ve ışık tahrik altın Nanorod Rotary Motor sistemi

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

construction-operation-light-driven-gold-nanorod-rotary-motor

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Mechanical Engineering

Unit 1

Moment of Inertia

Rotation and Rigid Bodies

SCIENTISTS IN ACTION

8.8K Görüntüleme.  Chalmers University of Technology. Plazmonik altın nanorods sıvılar içinde sıkışıp ve dairesel yayın polarize Optik cımbız kullanarak kHz frekanslarda döndürülmüş. Brown dinamiği Analizi ve hafif scatteringspectroscopy ilgili araçlar tanıtımı araştırma ve bilim çok sayıda alanlarda uygulama güçlü bir sistemi yol açar.

Video: Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Bir Nano-Optik Konveyör Bant imalatı ve İşletilmesi

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Mühendislik

Preparation of ZnO Nanorod/Graphene/ZnO Nanorod Epitaxial Double Heterostructure for Piezoelectrical Nanogenerator by Using Preheating Hydrothermal

Well-aligned ZnO nanostructures have been intensively studied over the last decade for remarkable physical properties and enormous applications. Here, we describe a one-step fabrication technique to synthesis freestanding ZnO nanorod/graphene/ZnO nanorod double heterostructure. The preparation of the double heterostructure is performed by using thermal chemical vapor deposition (CVD) and preheating hydrothermal technique. In addition, the morphological properties were characterized by using the scanning electron microscopy (SEM). The utility of freestanding double heterostructure is demonstrated by fabricating the piezoelectric nanogenerator. The electrical output is improved up to 200% compared to that of a single heterostructure owing to the coupling effect of the piezoelectricity between the arrays of ZnO nanorods on the top and bottom of graphene. This unique double heterostructure have a tremendous potential for applications of electrical and optoelectrical devices where the high number density and specific surface area of nanorod are needed, such as pressure sensor, immuno-biosensor and dye-sensitized solar cells.

One-step fabrication method for obtaining freestanding epitaxial double heterostructure is presented. This approach could achieve ZnO coverage with a higher number density than that of the epitaxial single heterostructure, leading to a piezoelectric nanogenerator with an increased output electrical performance.

Ön ısıtma Hidrotermal kullanarak Piezoelektrik Nanogenerator için ZnO Nanorod / Grafen / ZnO Nanorod Epitaksiyel çift heteroyapı hazırlanması

Well-aligned ZnO nanostructures have been intensively studied over the last decade for remarkable physical properties and enormous applications. Here, we ...

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of neural circuits underlying a variety of natural behaviors, including navigation1 , decision making 2,3, and the generation of complex motor sequences4,5,6. Advances in precision machining has allowed for the fabrication of light-weight devices suitable for chronic recordings in small animals, such as mice and songbirds. The ability to adjust the electrode position with small remotely controlled motors has further increased the recording yield in various behavioral contexts by reducing animal handling.6,7
 Here we describe a protocol to build an ultra-light motorized microdrive for long-term chronic recordings in small animals. Our design evolved from an earlier published version7, and has been adapted for ease-of use and cost-effectiveness to be more practical and accessible to a wide array of researchers. This proven design 8,9,10,11 allows for fine, remote positioning of electrodes over a range of ~ 5 mm and weighs less than 750 mg when fully assembled. We present the complete protocol for how to build and assemble these drives, including 3D CAD drawings for all custom microdrive components.

The design, fabrication and assembly of an ultra-light motorized microdrive is described. The device provides a cost-effective and easy-to-use solution for chronic recordings of single units in small behaving animals.

Küçük Hayvanlar Kronik Sinir Kayıtlar için Ultra-hafif Motorlu Microdrive Tasarımı ve Montajı

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of ...

Nörobilim

Production of Dynein and Kinesin Motor Ensembles on DNA Origami Nanostructures for Single Molecule Observation

Cytoskeletal motors are responsible for a wide variety of functions in eukaryotic cells, including mitosis, cargo transport, cellular motility, and others. Many of these functions require motors to operate in ensembles. Despite a wealth of knowledge about the mechanisms of individual cytoskeletal motors, comparatively less is known about the mechanisms and emergent behaviors of motor ensembles, examples of which include changes to ensemble processivity and velocity with changing motor number, location, and configuration. Structural DNA nanotechnology, and the specific technique of DNA origami, enables the molecular construction of well-defined architectures of motor ensembles. The shape of cargo structures as well as the type, number and placement of motors on the structure can all be controlled. Here, we provide detailed protocols for producing these ensembles and observing them using total internal reflection fluorescence microscopy. Although these techniques have been specifically applied for cytoskeletal motors, the methods are generalizable to other proteins that assemble in complexes to accomplish their tasks. Overall, the DNA origami method for creating well-defined ensembles of motor proteins provides a powerful tool for dissecting the mechanisms that lead to emergent motile behavior.

The goal of this protocol is to form ensembles of molecular motors on DNA origami nanostructures and observe the ensemble motility using total internal reflection fluorescence microscopy.

Tek Molekülgözlem için DNA Origami Nanoyapılar üzerinde Dynein ve Kinesin Motor Toplulukları üretimi

Cytoskeletal motors are responsible for a wide variety of functions in eukaryotic cells, including mitosis, cargo transport, cellular motility, and ...

Biyokimya

Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging

The design and synthesis of a synthetic system that aims for the direct visualization of a synthetic rotary motor at the single molecule level on surfaces are demonstrated. This work requires careful design, considerable synthetic effort, and proper analysis. The rotary motion of the molecular motor in solution is shown by 1H NMR and UV-vis absorption spectroscopy techniques. In addition, the method to graft the motor onto an amine-coated quartz is described. This method helps to gain more insight into molecular machines.

The manuscript describes how to synthesize and graft a molecular motor on surfaces for single molecular imaging.

Işık odaklı moleküler motorlar yüzeylerde tek moleküler görüntüleme için

The design and synthesis of a synthetic system that aims for the direct visualization of a synthetic rotary motor at the single molecule level on surfaces ...

Kimya

Gold Nanorod-assisted Optical Stimulation of Neuronal Cells

Recent studies have demonstrated that nerves can be stimulated in a variety of ways by the transient heating associated with the absorption of infrared light by water in neuronal tissue. This technique holds great potential for replacing or complementing standard stimulation techniques, due to the potential for increased localization of the stimulus and minimization of mechanical contact with the tissue. However, optical approaches are limited by the inability of visible light to penetrate deep into tissues. Moreover, thermal modelling suggests that cumulative heating effects might be potentially hazardous when multiple stimulus sites or high laser repetition rates are used. The protocol outlined below describes an enhanced approach to the infrared stimulation of neuronal cells. The underlying mechanism is based on the transient heating associated with the optical absorption of gold nanorods, which can cause triggering of neuronal cell differentiation and increased levels of intracellular calcium activity. These results demonstrate that nanoparticle absorbers can enhance and/or replace the process of infrared neural stimulation based on water absorption, with potential for future applications in neural prostheses and cell therapies.

This protocol outlines how to use the transient heating associated with the optical absorption of gold nanorods to stimulate differentiation and intracellular calcium activity in neuronal cells. These results potentially open up new applications in neural prostheses and fundamental studies in neuroscience.

Altın Nöronal Hücrelerde optik Uyarım Nanorod destekli

Recent studies have demonstrated that nerves can be stimulated in a variety of ways by the transient heating associated with the absorption of infrared ...

Rapid, Scalable Assembly and Loading of Bioactive Proteins and Immunostimulants into Diverse Synthetic Nanocarriers Via Flash Nanoprecipitation

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging applications. This increased specificity can have significant clinical implications, including decreased side effects and lower dosages with higher potency. Furthermore, the in situ targeting and controlled modulation of specific cell subsets can enhance in vitro and in vivo investigations of basic biological phenomena and probe cell function. Unfortunately, the required expertise in nanoscale science, chemistry and engineering often prohibit laboratories without experience in these fields from fabricating and customizing nanomaterials as tools for their investigations or vehicles for their therapeutic strategies. Here, we provide protocols for the synthesis and scalable assembly of a versatile non-toxic block copolymer system amenable to the facile formation and loading of nanoscale vehicles for biomedical applications. Flash nanoprecipitation is presented as a methodology for rapid fabrication of diverse nanocarriers from poly(ethylene glycol)-bl-poly(propylene sulfide) copolymers. These protocols will allow laboratories with a wide range of expertise and resources to easily and reproducibly fabricate advanced nanocarrier delivery systems for their applications. The design and construction of an automated instrument that employs a high-speed syringe pump to facilitate the flash nanoprecipitation process and to allow enhanced control over the homogeneity, size, morphology and loading of polymersome nanocarriers is described.

Nanomaterials provide versatile mechanisms of controlled therapeutic delivery for both basic science and translational applications, but their fabrication often requires expertise that is unavailable in most biomedical laboratories. Here, we present protocols for the scalable fabrication and therapeutic loading of diverse self-assembled nanocarriers using flash nanoprecipitation.

Ölçeklenebilir, Hızlı montaj ve biyoaktif proteinler ve Immunostimulants yükleme yolu ile birden parlamak Nanoprecipitation çeşitli sentetik Nanocarriers içine

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging ...

Biyomühendislik

Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats

Monitoring the activity patterns of a large population of neurons over many days in awake animals is a valuable technique in the field of systems neuroscience. One key component of this technique consists of the precise placement of multiple electrodes into desired brain regions and the maintenance of their stability. Here, we describe a protocol for the construction of a 3D-printable hyperdrive, which includes eighteen independently adjustable tetrodes, and is specifically designed for in vivo extracellular neural recording in freely behaving rats. The tetrodes attached to the microdrives can either be individually advanced into multiple brain regions along the track, or can be used to place an array of electrodes into a smaller area. The multiple tetrodes allow for simultaneous examination of action potentials from dozens of individual neurons, as well as local field potentials from populations of neurons in the brain during active behavior. In addition, the design provides for simpler 3D drafting software that can easily be modified for differing experimental needs.

We present the construction of a 3D-printable hyperdrive with eighteen independently adjustable tetrodes. The hyperdrive is designed to record brain activity in freely behaving rats over a period of several weeks.

Bir geliştirilmiş çoklu tetrot hiper motor yapımı fareler davranışlar içinde büyük ölçekli sinirsel kayıt için

Monitoring the activity patterns of a large population of neurons over many days in awake animals is a valuable technique in the field of systems ...

Hybrid Microdrive System with Recoverable Opto-Silicon Probe and Tetrode for Dual-Site High Density Recording in Freely Moving Mice

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, conventional microdrive designs often only allow use of one type of electrode to record from single or multiple regions, limiting the yield of single-unit or depth profile recordings. It also often limits the ability to combine electrode recordings with optogenetic tools to target pathway and/or cell type specific activity. Presented here is a hybrid microdrive array for freely moving mice to optimize yield and a description of its fabrication and reuse of the microdrive array. The current design employs nine tetrodes and one opto-silicon probe implanted in two different brain areas simultaneously in freely moving mice. The tetrodes and the opto-silicon probe are independently adjustable along the dorsoventral axis in the brain to maximize the yield of unit and oscillatory activities. This microdrive array also incorporates a set-up for light, mediating optogenetic manipulation to investigate the regional- or cell type-specific responses and functions of long-range neural circuits. In addition, the opto-silicon probe can be safely recovered and reused after each experiment. Because the microdrive array consists of 3D-printed parts, the design of microdrives can be easily modified to accommodate various settings. First described is the design of the microdrive array and how to attach the optical fiber to a silicon probe for optogenetics experiments, followed by fabrication of the tetrode bundle and implantation of the array into a mouse brain. The recording of local field potentials and unit spiking combined with optogenetic stimulation also demonstrate feasibility of the microdrive array system in freely moving mice.

This protocol describes the construction of a hybrid microdrive array that allows implantation of nine independently adjustable tetrodes and one adjustable opto-silicon probe in two brain regions in freely moving mice. Also demonstrated is a method for safely recovering and reusing the opto-silicon probe for multiple purposes.

SerbestÇe Hareket Eden Farelerde Çift Alan Yüksek Yoğunluklu Kayıt için Kurtarılabilir Opto-Silikon Prob ve Tetrode ile Hibrid Microdrive Sistemi

Multi-regional neural recordings can provide crucial information to understanding fine-timescale interactions between multiple brain regions. However, ...

Biophysical Characterization of Flagellar Motor Functions

The role of flagellar motors in bacterial motility and chemotaxis is well-understood. Recent discoveries suggest that flagellar motors are able to remodel in response to a variety of environmental stimuli and are among the triggers for surface colonization and infections. The precise mechanisms by which motors remodel and promote cellular adaptation likely depend on key motor attributes. The photomultiplier-based bead-tracking technique presented here enables accurate biophysical characterization of motor functions, including adaptations in motor speeds and switch-dynamics. This approach offers the advantage of real-time tracking and the ability to probe motor behavior over extended durations. The protocols discussed can be readily extended to study flagellar motors in a variety of bacterial species.

Recent findings suggest that bacterial flagellar motors sense a variety of environmental signals and remodel in response. The bead-assays discussed here are expected to help explain the role of remodeling in cellular adaptation to environmental stressors.

Kuyruktaki Motor fonksiyonların Biyofiziksel Karakterizasyonu

The role of flagellar motors in bacterial motility and chemotaxis is well-understood. Recent discoveries suggest that flagellar motors are able to remodel ...