Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu số học về cảm biến hạt nano dựa trên việc phát hiện độ phát quang hai-photon của anten nanorod vàng
Tóm tắt
Chúng tôi tiến hành điều tra một cách số học về sự thay đổi các thuộc tính quang phi tuyến của một anten nano trong việc bẫy các hạt nano (NP) bằng cách sử dụng cả phương pháp xấp xỉ momen rời rạc và kỹ thuật miền thời gian sai phân hữu hạn. Anten nano, được tạo thành từ hai nanorod vàng (GNR) được căn chỉnh đầu này nối đầu kia và được tách ra bởi một khoảng cách nhỏ, có khả năng phát ra độ phát quang mạnh do hai-photon (TPL) dưới sự kích thích của ánh sáng laser femtosecond cộng hưởng với cộng hưởng plasmon bề mặt dọc của nó. Thêm vào đó, anten bị kích thích có khả năng bẫy ổn định các NP nhỏ, mà từ đó tạo ra những thay đổi trong TPL phát ra. Hai đặc điểm này biến nó trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn để xây dựng các cảm biến nhạy bén cao cho các NP với các vật liệu và kích thước khác nhau. Chúng tôi đã chỉ ra rằng cảm biến được xây dựng với anten có độ nhạy cao hơn so với những cảm biến được xây dựng chỉ với các GNR đơn lẻ và anten dựa trên nanorod nhạy hơn so với anten dựa trên nanoprism. Ngoài ra, chúng tôi nhận thấy rằng xác suất bẫy một NP thứ hai giảm đáng kể đối với anten đã bẫy một NP, chỉ ra rằng việc bẫy các NP có thể xảy ra tuần tự. Một mối quan hệ giữa TPL của hệ thống (anten + NP) và năng lượng tiềm năng quang học của NP đã được thiết lập, cho phép trích xuất thông tin về năng lượng tiềm năng quang học và lực quang bằng cách ghi lại TPL của hệ thống. Chúng tôi đã chỉ ra rằng việc bẫy và thả ra tuần tự các NP di chuyển trong một kênh vi chất lỏng có thể được thực hiện bằng cách thiết kế hai anten khác nhau sắp xếp gần nhau.
Từ khóa
#cảm biến hạt nano #độ phát quang hai-photon #anten nanorod vàng #quang học phi tuyếnTài liệu tham khảo
Prasad PN (2004) Nanophotonics. John Wiley & Sons, New York
Mohamed MB, Volkov V, Link S, El-Sayed MA (2000) The ‘lightning’ gold nanorods: fluorescence enhancement of over a million compared to the gold metal. Chem Phys Lett 317:517–523
Chon JWM, Bullen C, Zijlstra P, Gu M (2007) Spectral encoding on gold nanorods doped in a silica sol-gel matrix and its application to high-density optical data storage. Adv Funct Mater 17:875–880
Zijlstra P, Chon JWM, Gu M (2009) Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods. Nature 459:410–413
Li X, Lan TH, Tien CH, Gu M (2012) Three-dimensional orientation-unlimited polarization encryption by a single optically configured vectorial beam. Nat Commun 3:998
Link S, Mohamed MB, El-Sayed MA (1999) Simulation of the optical absorption spectra of gold nanorods as a function of their aspect ratio and the effect of the medium dielectric constant. J Phys Chem B 103:3073–3077
Chen L, Li GC, Liu GY, Dai QF, Lan S, Tie SL, Deng HD (2013) Sensing the moving direction, position, size, and material type of nanoparticles with the two-photon-induced luminescence of a single gold nanorod. J Phys Chem C 117:20146–20153
Lu G, Hou L, Zhang T, Li W, Liu J, Perriat P, Gong Q (2011) Anisotropic plasmonic sensing of individual or coupled gold nanorods. J Phys Chem C 115:22877–22885
Zijlstra P, Paulo PMR, Orrit M (2012) Optical detection of single non-absorbing molecules using the surface plasmon resonance of a gold nanorod. Nat Nanotechnol 7:379–382
Shao L, Fang C, Chen H, Man YC, Wang J, Lin HQ (2012) Distinct plasmonic manifestation on gold nanorods induced by the spatial perturbation of small gold nanospheres. Nano Lett 12:1424–1430
Nie S, Emory SR (1997) Probing single molecules and single nanoparticles by surface-enhanced raman scattering. Science 275:1102–1106
Huang X, El-Sayed IH, Qian W, El-Sayed MA (2007) Cancer cells assemble and align gold nanorods conjugated to antibodies to produce highly enhanced, sharp, and polarized surface raman spectra: a potential cancer diagnostic marker. Nano Lett 7:1591–1597
Nikoobakht B, El-Sayed MA (2003) Surface-enhanced Raman scattering studies on aggregated gold nanorods. J Phys Chem A 107:3372–3378
Bouhelier A, Bachelot R, Lerondel G, Kostcheev S, Royer P, Wiederrecht GP (2005) Surface plasmon characteristics of tunable photoluminescence in single gold nanorods. Phys Rev Lett 95:267405
Qiu L, Larson TA, Smith D, Vitkin E, Modell MD (2008) Observation of plasmon line broadening in single gold nanorods. Appl Phys Lett 93:153106
Liu M, Pelton M, Guyot-Sionnest P (2009) Reduced damping of surface plasmons at low temperatures. Phys Rev B 79:035418
Deng HD, Li GC, Dai QF, Ouyang M, Lan S, Trofimov VA, Lysak TM (2013) Size dependent competition between second harmonic generation and two-photon luminescence observed in gold nanoparticles. Nanotechnology 24:075201
Ni W, Kou X, Yang Z, Wang J (2008) Tailoring longitudinal surface plasmon wavelengths, scattering and absorption cross sections of gold nanorods. ACS Nano 2:677–686
Ohlinger A, Deak A, Lutich AA, Feldmann J (2012) Optically trapped gold nanoparticle enables listening at the microscale. Phys Rev Lett 108:018101
Hubert C, Billot L, Adam PM, Bachelot R, Royer P, Grand J, Gindre D, Dorkenoo KD, Fort A (2008) Role of surface plasmon in second harmonic generation from gold nanorods. Appl Phys Lett 93:153106
Butet J, Thyagarajan K, Martin OJ (2013) Ultrasensitive optical shape characterization of gold nanoantennas using second harmonic generation. Nano Lett 13:1787–1792
Wang H, Huff TB, Zweifel DA, He W, Low PS, Wei A, Cheng J (2005) In vitro and in vivo two-photon luminescence imaging of single gold nanorods. Proc Natl Acad Sci U S A 102:15752–15756
Imura K, Nagahara T, Okamoto H (2005) Near-field two-photon-induced photoluminescence from single gold nanorods and imaging of plasmon modes. J Phys Chem B 109:13214–13220
Volpe G, Noack M, Aćimović SS, Reinhardt C, Quidant R (2012) Near-field mapping of plasmonic antennas by multiphoton absorption in poly (methyl methacrylate). Nano Lett 12:4864–4868
Schwartz O, Oron D (2009) Background-free third harmonic imaging of gold nanorods. Nano Lett 9:4093–4097
Mühlschlegel P, Eisler H-J, Martin OJF, Hecht B, Pohl DW (2005) Resonant optical antennas. Science 308:1607–1609
Zhang W, Huang L, Santschi C, Martin OJF (2010) Trapping and sensing 10 nm metal nanoparticles using plasmonic dipole antennas. Nano Lett 10:1006–1011
Juan ML, Righini M, Quidant R (2011) Plasmon nano-optical tweezers. Nat Photon 5:349–356
Yurkin MA, Hoekstra AG (2007) The discrete dipole approximation: an overview and recent developments. J Quant Spectro Ra 106:546–557
Draine BT, Flatau PJ (2010) User guide for the discrete dipole approximation code DDSCAT 7. 1. arXiv: 1002. 1505
Yee K (1966) Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media. IEEE Transactions on 14:302–307
Taflove A, Hagness SC (2005) Computational electrodynamics the finite-difference time-domain method, 3rd edn. Artech House, Boston, MA
Taflove A (1988) Review of the formulation and applications of the finite-difference time-domain method for numerical modeling of electromagnetic wave interactions with arbitrary structures. Wave Motion 10:547–582
Novotny L (2001) Forces in optical near-fields. In near-field optics and surface plasmon polaritons. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, pp 123–141
Jain PK, Lee KS, El-Sayed IH, El-Sayed MA (2006) Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: applications in biological imaging and biomedicine. J Phys Chem B 110:7238–7248