En ny artikel publicerad i Opto-Electronic Science granskar grunderna och tillämpningarna av optiskt fångade optiska nanopartiklar. Optiska nanopartiklar är ett av nyckelelementen i fotonik. De tillåter inte bara optisk avbildning av en uppsjö av system (från celler till mikroelektronik), utan beter sig också som mycket känsliga fjärrsensorer.
Framgången för optisk pincett för att isolera och manipulera individuella optiska nanopartiklar har nyligen demonstrerats. Detta har öppnat dörren till högupplöst, enpartikelavsökning och avkänning.
De mest relevanta resultaten inom de snabbt växande områdena för optisk infångning av enskilda optiska nanopartiklar sammanfattas i den här artikeln. Beroende på olika material och deras optiska egenskaper klassificeras de optiska nanopartiklarna i fem familjer:plasmoniska nanopartiklar, lantaniddopade nanopartiklar, polymera nanopartiklar, halvledarnanopartiklar och nanodiamanter. För varje fall har de viktigaste framstegen och tillämpningarna beskrivits.
Plasmoniska nanopartiklar har större polariserbarhet och hög ljus-till-värme-konverteringseffektivitet, vilket kräver kritiskt val av fångstvåglängd för dem. De typiska tillämpningarna baserade på luminescensegenskaperna hos de optiskt fångade plasmoniska nanopartiklarna är studiet av partikel-partikelinteraktion och temperaturavkänning. Denna forskning åstadkoms genom att analysera den strålning som absorberas, sprids eller emitteras av nanopartiklar.
Lantaniddopade nanopartiklar har smala emissionsband, lång fluorescenslivslängd och temperaturkänslig emissionsintensitet. Denna recension sammanfattar den rapporterade celltemperaturavkänningen som uppnåtts av de enstaka optiskt fångade lantaniddopade nanopartiklarna. De strukturella egenskaperna hos värden av lantaniddopade nanopartiklar tillåter dessa partiklar att rotera. För en fast lasereffekt beror rotationshastigheten på medelviskositeten. Studier har visat att denna egenskap kan användas för att mäta intracellulär viskositet. Dessutom möjliggör adekvat ytfunktionalisering av lantaniddopade nanopartiklar att de kan användas vid kemisk avkänning.
Införlivandet av färgämnen i de polymera nanopartiklarna gör dem självlysande och lätta att spåra i den optiska fällan. Denna recension sammanfattar undersökningen av enstaka nanopartikeldynamik och karakteriseringar av biologiska prover genom att utnyttja förmågan att spåra partikelluminescens. Det underlättar inte bara en mer grundlig förståelse av optisk och mekanisk interaktion mellan infångande av laser och optiska partiklar, utan påpekar också den stora potentialen i att kombinera optisk infångning med fluorescens eller skanningsmikroskopi.
Halvledarnanopartiklar har nyligen fått stor uppmärksamhet tack vare deras speciella fotoluminescensegenskaper som avstämbar emission, lägre känslighet för fotoblekning, höga kvantutbyten och kemisk stabilitet. I den här recensionen sammanfattar författarna forskningen om att använda optisk pincett för att studera och förbättra luminescensegenskaperna hos enstaka halvledarnanopartiklar. De sammanfattar också forskningen om användningen av halvledarpartiklar som lokaliserade excitationskällor för cellulär avbildning.
Fluorescensen hos nanodiamanter orsakas av punktdefekter i diamantstrukturen, så kallade färgcentra. Bibliografisk forskning avslöjar det begränsade antalet rapporter om optisk fångst av nanodiamanter. Den första rapporten om ämnet avslöjade att en enda nanodiamant kan användas som magnetfältsensor. Senare visades en optiskt fången nanodiamant också fungera som en celltermometer.
Denna recensionsartikel avslöjar också hur kombinationen av optisk fångst och kolloidala optiska nanopartiklar kan användas för olika tillämpningar. Trots den stora potentialen hos en optisk pincett för studier av enstaka nanopartiklar är detta område fortfarande i sin linda. De flesta av verken fokuserar på tillämpningar snarare än på att fylla kunskapsluckor. Det finns några problem fortfarande öppna.
Granskningen sammanfattar de utmaningar som den optiska fångsten av nanopartiklar ställs inför, inklusive avsaknaden av en exakt formel som beskriver de optiska krafterna, osäker rumslig upplösning, eventuell förekomst av avkänningsbias, etc. Denna granskning förväntas främja den kontinuerliga anrikningen och utvecklingen forskning om principer, tekniker, utrustning och tillämpningar inom detta område.
Mer information: Fengchan Zhang et al, Optisk infångning av optiska nanopartiklar:Grunder och tillämpningar, Opto-Electronic Science (2023). DOI:10.29026/oes.2023.230019
Tillhandahålls av Compuscript Ltd
