|
Основы и применение оптических наночастиц
|
|
|
|
В новой статье, опубликованной в журнале Opto-Electronic Science, рассматриваются основы и применение оптических наночастиц, захваченных в ловушку. Оптические наночастицы являются одним из ключевых элементов фотоники. Они не только позволяют получать оптические изображения множества систем (от клеток до микроэлектроники), но и ведут себя как высокочувствительные дистанционные датчики. Недавно был продемонстрирован успех оптических пинцетов в выделении и манипулировании отдельными оптическими наночастицами. Это открыло двери для сканирования и зондирования одиночных частиц с высоким разрешением. В данной статье обобщены наиболее актуальные результаты в быстро развивающихся областях оптического захвата отдельных оптических наночастиц. В зависимости от различных материалов и их оптических свойств оптические наночастицы подразделяются на пять семейств: плазмонные наночастицы, наночастицы, легированные лантанидами, полимерные наночастицы, полупроводниковые наночастицы и наноалмазы. Для каждого случая описаны основные достижения и области применения.
|
|
|
|
Плазмонные наночастицы обладают большей поляризуемостью и высокой эффективностью преобразования света в тепло, что требует критического выбора длины волны захвата для них. Типичными приложениями, основанными на люминесцентных свойствах оптически захваченных плазмонных наночастиц, являются исследование межчастичного взаимодействия и измерение температуры. Это исследование осуществляется путем анализа излучения, поглощаемого, рассеиваемого или испускаемого наночастицами. Наночастицы, легированные лантанидами, имеют узкие полосы излучения, длительное время жизни флуоресценции и чувствительную к температуре интенсивность излучения. В этом обзоре суммированы сообщения о измерении температуры клеток, достигнутые с помощью одиночных оптически захваченных наночастиц, легированных лантанидами. Структурные свойства совокупности наночастиц, легированных лантанидами, позволяют этим частицам вращаться. При фиксированной мощности лазера скорость вращения зависит от вязкости среды. Исследования показали, что это свойство можно использовать для измерения внутриклеточной вязкости. Кроме того, адекватная функционализация поверхности наночастиц, легированных лантанидами, позволяет использовать их в химическом зондировании.
|
|
|
Включение красителей в полимерные наночастицы делает их люминесцентными и легко отслеживаемыми внутри оптической ловушки. В этом обзоре обобщены исследования динамики одиночных наночастиц и характеристики биологических образцов с использованием способности отслеживать люминесценцию частиц. Это не только способствует более глубокому пониманию оптического и механического взаимодействия между захватывающим лазером и оптическими частицами, но также указывает на большой потенциал сочетания оптического захвата с флуоресценцией или сканирующей микроскопией. Полупроводниковые наночастицы в последнее время привлекли большое внимание благодаря своим особым фотолюминесцентным свойствам, таким как регулируемое излучение, меньшая восприимчивость к фотообесцвечиванию, высокие квантовые выходы и химическая стабильность. В данном обзоре авторы подводят итоги исследований по использованию оптических пинцетов для изучения и улучшения люминесцентных свойств одиночных полупроводниковых наночастиц. Они также суммируют исследования по использованию полупроводниковых частиц в качестве локализованных источников возбуждения для визуализации клеток.
|
|
|
|
Флуоресценция наноалмазов вызвана точечными дефектами в структуре алмаза, известными как центры окраски. Библиографические исследования показывают ограниченное количество сообщений об оптическом захвате наноалмазов. Первый отчет по этой теме показал, что один наноалмаз можно использовать в качестве датчика магнитного поля. Позже было показано, что оптически захваченный наноалмаз работает как клеточный термометр. В этой обзорной статье также показано, как сочетание оптического захвата и коллоидных оптических наночастиц можно использовать для различных целей. Несмотря на большой потенциал оптических пинцетов для исследования одиночных наночастиц, эта область все еще находится в зачаточном состоянии. Большинство работ сосредоточено на приложениях, а не на заполнении пробелов в знаниях. Некоторые вопросы все еще остаются открытыми. В обзоре суммированы проблемы, с которыми сталкивается оптический захват наночастиц, включая отсутствие точной формулы, описывающей оптические силы, неопределенное пространственное разрешение, возможное наличие систематической ошибки восприятия и т. д. Ожидается, что этот обзор будет способствовать постоянному обогащению и развитию исследований принципов, методов, оборудования и приложений в этой области.
|
|
|
|
Источник
|
