Optisk fangst af optiske nanopartikler:Grundlæggende og anvendelser

En ny artikel offentliggjort i Opto-Electronic Science gennemgår de grundlæggende principper og anvendelser af optisk fangede optiske nanopartikler. Optiske nanopartikler er et af nøgleelementerne i fotonik. De tillader ikke kun optisk billeddannelse af et væld af systemer (fra celler til mikroelektronik), men opfører sig også som meget følsomme fjernsensorer.

Den optiske pincets succes med at isolere og manipulere individuelle optiske nanopartikler er for nylig blevet demonstreret. Dette har åbnet døren til høj opløsning, enkelt-partikel scanning og sensing.

De mest relevante resultater inden for de hurtigt voksende områder inden for optisk fangst af individuelle optiske nanopartikler er opsummeret i denne artikel. Ifølge forskellige materialer og deres optiske egenskaber er de optiske nanopartikler klassificeret i fem familier:plasmoniske nanopartikler, lanthanid-doterede nanopartikler, polymere nanopartikler, halvledernanopartikler og nanodiamanter. For hvert enkelt tilfælde er de vigtigste fremskridt og anvendelser blevet beskrevet.

Plasmoniske nanopartikler har større polariserbarhed og høj lys-til-varme konverteringseffektivitet, hvilket kræver kritisk valg af fangstbølgelængde for dem. De typiske applikationer baseret på luminescensegenskaberne af de optisk fangede plasmoniske nanopartikler er studiet af partikel-partikel-interaktion og temperaturføling. Denne forskning udføres ved at analysere den stråling, der absorberes, spredes eller udsendes af nanopartikler.

Lanthanid-doterede nanopartikler har smalle emissionsbånd, lange fluorescenslevetider og temperaturfølsom emissionsintensitet. Denne anmeldelse opsummerer den rapporterede celletemperaturføling opnået af de enkelte optisk fangede lanthanid-doterede nanopartikler. De strukturelle egenskaber af værten af ​​lanthanid-doterede nanopartikler tillader disse partikler at rotere. For en fast lasereffekt afhænger rotationshastigheden af ​​mellemviskositeten. Undersøgelser har vist, at denne egenskab kan bruges til at måle intracellulær viskositet. Derudover muliggør tilstrækkelig overfladefunktionalisering af lanthanid-doterede nanopartikler deres anvendelse i kemisk sansning.

Inkorporering af farvestoffer i de polymere nanopartikler gør dem selvlysende og nemme at spore i den optiske fælde. Denne gennemgang opsummerer undersøgelsen af ​​enkelt nanopartikeldynamik og karakterisering af biologiske prøver ved at udnytte evnen til at spore partikelluminescens. Det letter ikke kun en mere grundig forståelse af optisk og mekanisk interaktion mellem fangst af laser og optiske partikler, men påpeger også det store potentiale ved at kombinere optisk fangst med fluorescens eller scanningsmikroskopi.

Halvledernanopartikler har for nylig vundet stor opmærksomhed takket være deres specielle fotoluminescensegenskaber såsom tunbar emission, lavere modtagelighed for fotoblegning, høje kvanteudbytter og kemisk stabilitet. I denne gennemgang opsummerer forfatterne forskningen i at bruge optiske pincet til at studere og forbedre luminescensegenskaberne af enkelthalvledernanopartikler. De opsummerer også forskningen i brugen af ​​halvlederpartikler som lokaliserede excitationskilder til cellulær billeddannelse.

Fluorescensen af ​​nanodiamanter er forårsaget af punktdefekter i diamantstrukturen, kendt som farvecentre. Bibliografisk forskning afslører det begrænsede antal rapporter om optisk fangst af nanodiamanter. Den første rapport om emnet afslørede, at en enkelt nanodiamant kan bruges som magnetfeltsensor. Senere blev en optisk fanget nanodiamant også vist at fungere som et cellulært termometer.

Denne gennemgangsartikel afslører også, hvordan kombinationen af ​​optisk fangst og kolloide optiske nanopartikler kan bruges til forskellige applikationer. På trods af det store potentiale, som en optisk pincet har til undersøgelser af enkelte nanopartikler, er dette felt stadig i sin vorden. De fleste af værkerne fokuserer på applikationer snarere end på at udfylde hullerne i viden. Der er stadig nogle problemer.

Gennemgangen opsummerer de udfordringer, som den optiske fangst af nanopartikler står over for, herunder manglen på en præcis formel, der beskriver de optiske kræfter, usikker rumlig opløsning, den mulige tilstedeværelse af sensing bias osv. Denne gennemgang forventes at fremme den kontinuerlige berigelse og udvikling forskning i principper, teknikker, udstyr og anvendelser på dette område.

Flere oplysninger: Fengchan Zhang et al., Optisk fangst af optiske nanopartikler:Grundlæggende og anvendelser, Opto-Electronic Science (2023). DOI:10.29026/oes.2023.230019

Leveret af Compuscript Ltd