Snapshot-Messung des Zirkulardichroismus einzelner Nanostrukturen

29.03.2022 - China

Die 3D-Konformation eines Moleküls oder einer Nanostruktur bestimmt seine Funktion. So kann beispielsweise eine linkshändige Aminosäure gesundheitsfördernd sein, während ihr rechtshändiges Gegenstück giftig sein kann. Mit den heutigen optischen Bildgebungsverfahren kann man ein Molekül oder eine Nanostruktur genau lokalisieren, aber die Auflösung ihrer inneren 3D-Struktur erfordert zusätzliche spektroskopische Informationen. Die CD-Spektroskopie ist die am häufigsten verwendete Technik für diesen Zweck. Wenn es gelingt, die CD-Spektroskopie mit bildgebenden Verfahren zu kombinieren, wird es möglich, einzelne funktionelle Nanoeinheiten in Echtzeit zu verfolgen und zu analysieren. Dies wird zu vielen wichtigen Anwendungen auf dem Gebiet der Nanowissenschaften und der Biologie führen.

by Shuang Zhou, Jie Bian, Peng Chen, Mo Xie, Jie Chao, Wei Hu, Yanqing Lu, and Weihua Zhang

a, Schematische Darstellung des polarisationsdispersiven Spektrometers auf LCPG-Basis. Der Einschub veranschaulicht die Direktorverteilung des Flüssigkristalls im Gitter. b, Struktur der in dieser Arbeit verwendeten vertikal gekoppelten Nanostäbchenpaare. c, Dunkelfeldbild eines Arrays aus vertikal gekoppelten Nanostäbchenpaaren mit unterschiedlichen geometrischen Parametern. Die Periode des Arrays beträgt 3 μm. d, Spektralbild des Arrays der Nanostäbchenpaare in c. Die RCP- und LCP-Komponenten sind mit roten bzw. blauen Kästen gekennzeichnet. e und f sind die SCD-Spektren der Probe 1 bzw. 2 in c. Die Einschübe zeigen das korrelierte REM-Bild der Proben sowie die linken und rechten zirkular polarisierten Komponenten des Streulichts der in d gekennzeichneten Probe. Skalenbalken: 100 nm.

Die derzeitigen CD-Spektrometer sind jedoch auf die Polarisationsmodulation des Anregungslichts angewiesen und erfordern komplizierte mehrstufige Messungen, wodurch das Potenzial der CD-Spektroskopie nicht voll ausgeschöpft werden kann. Um dieses Problem zu lösen, hat ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Prof. Weihua Zhang und Prof. Yanqing Lu vom College of Engineering and Applied Sciences der Nanjing University, China, zusammen mit Kollegen eine polarisationsdispersive bildgebende CD-Spektrometrietechnik entwickelt, die in der Zeitschrift Light Science & Application veröffentlicht wurde. Die neue Methode arbeitet mit Hilfe eines Flüssigkristall-Polarisationsgitters (LCPG) mit Nanomustern mit den Signalen statt mit dem Anregungslicht. Das LCPG kann die links/rechts zirkular polarisierten Komponenten der optischen Signale mit gleicher Effizienz in verschiedene Richtungen streuen (Gesamtbeugungseffizienz >95% bei optimaler Wellenlänge), so dass wir das CD-Spektrum mit einem einzigen Schuss erfassen können. Mit der neuen Technik untersuchten sie ein Modellsystem, nämlich das gekoppelte plasmonische Nanostäbchenpaar unter Verwendung des Born-Kuhn-Modells, und wiesen theoretisch nach, dass die neue Methode der herkömmlichen CD-Spektroskopie gleichwertig ist, wenn nichtpolarisierte Anregungen verwendet werden.

Die Schlüsselkomponente des neuen CD-Spektrometers ist das LCPG. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Polarisationskomponenten, die in der Regel schwer zu kalibrieren und kompliziert zu bedienen sind, ist der LCPG einfach, genau und robust. Die Wissenschaftler fassen zusammen:

"Das LCPG ist eine ideale Lösung für polarisationsbezogene Messungen. Erstens ist seine Genauigkeit durch die Theorie garantiert. Mathematisch gesehen sind die raumvariablen geometrischen Phasen für LCP- und RCP-Licht, die vom LCPG erzeugt werden, konjugiert. Folglich werden sie immer in Beugungen ±1. Ordnung mit absolut gleicher Effizienz aufgeteilt.

Dieses Polarisationsdispersionsverhalten ist nicht-dispersiv, genau und hocheffizient. Zweitens ist das LCPG ein ausgereiftes Verfahren, und hochwertige LCPGs können routinemäßig in Forschungslabors hergestellt werden. Um ehrlich zu sein, waren wir überrascht, dass es bei den CD-Messungen für einzelne Nanostrukturen so gut funktioniert hat.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der CD-Spektroskopie an einzelnen Nanostrukturen ist die Interpretation der Daten und die Gewinnung von 3D-Strukturinformationen aus dem Inneren der Probe. Die Arbeit untersuchte einen speziellen Fall, gekoppelte plasmonische Nanostäbchen, und zeigte, dass die geometrischen Parameter explizit mit den spektralen Merkmalen in Verbindung stehen. Gleichzeitig wiesen die Wissenschaftler darauf hin, dass die Interpretation des Spektrums sehr viel komplizierter sein kann:

"Das CD-Spektrum einer einzelnen Nanostruktur unterscheidet sich stark vom Ergebnis von Ensembles. Das Spektrum hängt nicht nur vom Inneren der Nanostruktur ab, sondern auch von ihrer Ausrichtung sowie von den detaillierten Anregungs- und Beobachtungsgeometrien. Um die Komplexität vollständig zu verstehen, sind umfassendere Theorien erforderlich. Daran arbeiten wir derzeit."

Schließlich ist das polarisationsdispersive CD-Spektrometer dank der nahezu einheitlichen Beugungseffizienz des LCPG ein perfektes Werkzeug für Messungen von schwachen Signalen, z.B. der zirkular polarisierten Lumineszenz oder Raman-Streuungen von einzelnen Nanostrukturen. "Neben den plasmonischen Nanostrukturen haben wir das polarisationsdispersive Bildgebungsspektrometer auch mit der Lumineszenz einzelner Quantenpunkte getestet, und das System funktioniert perfekt. Wir glauben, dass es sogar in der Lage ist, Einzelmolekül-CD-Messungen durchzuführen. Das ist unser großes Ziel!", so Prof. Zhang.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Originalveröffentlichung

Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft

Diese Produkte könnten Sie interessieren

ERASPEC

ERASPEC von eralytics

Einfachste Kraftstoffanalyse in Sekunden mit ERASPEC

Bestimmung von bis zu 40 Kraftstoffparametern auf Knopfdruck

NANOPHOX CS

NANOPHOX CS von Sympatec

Partikelgrößenanalyse im Nanobereich: Hohe Konzentrationen problemlos analysieren

Zuverlässige Ergebnisse ohne aufwändige Probenvorbereitung

Partikelanalysatoren
ALPHA II

ALPHA II von Bruker

Chemische Analyse leicht gemacht: Kompaktes FT-IR-System

Steigern Sie die Effizienz Ihrer Routineanalysen mit benutzerfreundlicher Technologie

FT-IR-Spektrometer
ZEEnit

ZEEnit von Analytik Jena

Zeeman-Technik mit maximaler Empfindlichkeit und Applikationsvielfalt

Quergeheizte Graphitrohrofen für optimale Atomisierungsbedingungen und hohen Probendurchsatz

AAS-Spektrometer
PlasmaQuant MS Elite

PlasmaQuant MS Elite von Analytik Jena

Massenspektrometer für hochempfindliche Forschungsanwendungen und niedrigste Nachweisgrenzen

Die Erfolgsformel in der LC-ICP-MS – PlasmaQuant MS-Serie und PQ LC

S4 T-STAR

S4 T-STAR von Bruker

TXRF-Spektrometer: Sub-ppb Nachweisgrenzen & 24/7 Analytik

Minimale Betriebskosten, weil Gase, Medien oder Laborausrüstung entfallen

Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzspektrometer
PlasmaQuant 9100

PlasmaQuant 9100 von Analytik Jena

Neues ICP-OES PlasmaQuant 9100 für komplexe Probenmatrices

Mehr sehen. Mehr wissen. ICP-OES vereinfacht Analyse matrixlastiger Proben

ICP-OES-Spektrometer
Mikrospektrometer

Mikrospektrometer von Hamamatsu Photonics

Ultrakompaktes Mikrospektrometer für vielseitige Anwendungen

Präzise Raman-, UV/VIS- und NIR-Messungen in tragbaren Geräten

Mikrospektrometer
INVENIO

INVENIO von Bruker

FT-IR Spektrometer der Zukunft: INVENIO

Völlig frei aufrüstbares und konfigurierbares FT-IR Spektrometer

FT-IR-Spektrometer
SPECORD PLUS

SPECORD PLUS von Analytik Jena

Die neue Generation der Zweistrahlphotometer von Analytik Jena

Der moderne Klassiker garantiert höchste Qualität

contrAA 800

contrAA 800 von Analytik Jena

contrAA 800 Serie – Atomic Absorption. Redefined

Kombiniert das Beste der klassischen Atomabsorption mit den Vorteilen von ICP-OES-Spektrometern

ICP-OES-Spektrometer
novAA®  800

novAA® 800 von Analytik Jena

Der Analysator für Sie - novAA 800-Serie

Das zuverlässige Multitalent für die effiziente und kostengünstige Routineanalyse

2060 Raman Analyzer

2060 Raman Analyzer von Metrohm

Selbstkalibrierendes Inline-Raman Spektrometer

Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase analysieren - für reproduzierbare, genaue Ergebnisse im Prozess

LUMiFlector

LUMiFlector von LUM

Bestimmung von Produkteigenschaften in nur wenigen Sekunden mit Inline & Atline MRS-Spektrometer

Multireflektanzspekrometrie zur Konzentrationsbestimmung, Produktidentifizierung & Qualitätssicherung

Spektrometer
S2 PICOFOX

S2 PICOFOX von Bruker

Schnelle und präzise Spurenelementanalyse unterwegs

TXRF-Technologie für minimale Proben und maximale Effizienz

Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzspektrometer
Agera

Agera von HunterLab Europe

Farbe und Glanzgrad gleichzeitig messen - und das sekundenschnell

Einfach zu bedienendes Farbmessgerät: normkonform, robust und präzise

Kolorimeter
ZSX Primus IV/IVi

ZSX Primus IV/IVi von Rigaku

Hochpräzise WDXRF-Analyse für industrielle Anwendungen

Maximale Empfindlichkeit und Durchsatz für leichte Elemente und komplexe Proben

Micro-Z ULS

Micro-Z ULS von Rigaku

Schwefelgehalt in Kraftstoffen genau messen: WDXRF-Analysator

Zuverlässige Routineuntersuchungen mit 0,3 ppm Nachweisgrenze und kompaktem Design

WDXRF-Spektrometer
Quantaurus-QY

Quantaurus-QY von Hamamatsu Photonics

Hochgeschwindigkeits-UV/NIR-Photolumineszenz-Spektrometer

Präzise Quantenausbeute-Messungen in Millisekunden ohne Referenzstandards

Fluoreszenzspektrometer
SPECTRO ARCOS

SPECTRO ARCOS von SPECTRO Analytical Instruments

Optisches Emissions-Spektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) für höchste Ansprüche

Das SPECTRO ARCOS ICP-OES bietet Elementanalytik auf einem neuen Niveau

ICP-OES-Spektrometer
Loading...

Meistgelesene News

Weitere News von unseren anderen Portalen

Alle FT-IR-Spektrometer Hersteller

Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten

Themenwelt Spektroskopie

Durch die Untersuchung mit Spektroskopie ermöglicht uns einzigartige Einblicke in die Zusammensetzung und Struktur von Materialien. Von der UV-Vis-Spektroskopie über die Infrarot- und Raman-Spektroskopie bis hin zur Fluoreszenz- und Atomabsorptionsspektroskopie - die Spektroskopie bietet uns ein breites Spektrum an analytischen Techniken, um Substanzen präzise zu charakterisieren. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Spektroskopie!

50+ Produkte
30+ White Paper
40+ Broschüren
Themenwelt anzeigen
Themenwelt Spektroskopie

Themenwelt Spektroskopie

Durch die Untersuchung mit Spektroskopie ermöglicht uns einzigartige Einblicke in die Zusammensetzung und Struktur von Materialien. Von der UV-Vis-Spektroskopie über die Infrarot- und Raman-Spektroskopie bis hin zur Fluoreszenz- und Atomabsorptionsspektroskopie - die Spektroskopie bietet uns ein breites Spektrum an analytischen Techniken, um Substanzen präzise zu charakterisieren. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Spektroskopie!

50+ Produkte
30+ White Paper
40+ Broschüren