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[转载]【一周前沿】2021.10.04-2021.10.10

已有 457 次阅读 2021-10-12 09:33 |个人分类:一周前沿|系统分类:论文交流|文章来源:转载

本周,小编为大家精选了等离激元领域的进展,涉及等离激元组织学、等离激元水分解、等离激元比色成像、热点超快热压印和等离激元光捕获等领域

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等离激元活性显微镜载玻片上的比色组织学研究

Colorimetric histology using plasmonically active microscope slides

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03835-2

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人眼可以区分多达10,000种不同的颜色,但对亮度变化的敏感度却低得多,这意味着在解释图像时,颜色是非常可取的。然而,大多数生物样品基本上是透明的,在标准光学显微镜下几乎看不见。因此,非常需要能够产生彩色图像而无需添加任何可能改变样品特性的污渍或染料。作者证明了使用全尺寸等离激元活性显微镜载玻片可以生成比色组织学图像。当样品被放置在这些玻片上时,这些玻片将介电常数的细微变化转化为鲜明的颜色对比。通过在小鼠MMTV-PyMT乳腺肿瘤模型中区分肿瘤细胞和正常乳腺上皮细胞,我们证明了这种技术的生物医学潜力,作者称之为组织等离激元学。然后将该方法可应用于人类诊断组织,将图像像素的比色输出与传统的组织病理学进行比较,验证了其在区分正常上皮、普通导管增生和早期乳腺癌(原位导管癌)方面的效用。此报告的结果证明组织等离激元学可以作为一种常规染色的替代方法或辅助方法。这种技术的广泛可用性及其与标准实验室工作流程的结合可能证明其应用范围远远超出组织诊断。最后,作者强调了该这项工作为尚未探索的数字病理学的优化提供了全新的机遇。


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全等离激元水分解

All-plasmonic water splitting

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00991-4

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过去的几十年里,科学界一直在努力实现从可再生能源中高效收集能量。2013年Moskovits利用金属材料中集体电子振荡(也称为局部表面等离激元)的激发可以产生热电荷载流子这一概念,提高了光催化过程的效率。尽管仅仅实现了约 0.1%的外部量子效率,但它是首次成功尝试由完全来自等离激元激发的电荷驱动水分解。之后的几年中,研究者们又探索了其他架构,例如将金纳米颗粒中产生的热电子直接注入水分子中。通过在半导体薄层和Au反射镜的顶部堆叠 Au纳米颗粒膜,进一步提高了光子到电子的转换效率。其他等离激元驱动的光反应也已被研究,例如由等离激元Au-p-GaN异质结催化的CO2光还原。尽管技术有所进步,但等离激元驱动的催化过程的机制仍然存在一些基本问题,目前正在努力了解热电荷和局部温度升高对反应速率提高的贡献。


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利用等离激元纳米探针对单个衰老细胞中的组蛋白修饰实现高空间和比色成像

High-spatial and colourimetric imaging ofhistone modifications in single senescent cells using plasmonic nanoprobes

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26224-9

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组蛋白与染色质状态密切相关,其尾部的表观遗传修饰促成细胞内的调控。因此,开发各种分析工具来绘制组蛋白修饰位置和分布变化,有助于研究潜在的机制。作者提出了一种使用等离激元纳米粒子作为探针的高空间和比色成像方法,以可视化单个核中的异染色质组蛋白标记。利用等离激元纳米探针的距离依赖耦合效应,通过散射颜色和光谱波长的移动,观察了由致癌基因诱导衰老所引起的抑制性组蛋白标记H3K9me3和H3K27me3之间的重组。根据等离激元纳米探针之间的排列和距离,将测量的散射剖面与模拟散射光谱的计算结果相关联。基于等离激元纳米探针的高空间和高光谱成像提供了一种先进的方法来研究组蛋白修饰的动力学,可以预测疾病或衰老的进展。


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等离激元热点的超快热压印

Ultrafast Thermal Imprinting of Plasmonic Hotspots

https://doi.org/10.1002/adma.202105192

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等离激元光化学是由近场、热载流子、能量转移和热效应的聚集所驱动的,这些效应通常是由连续波照射来完成。因为贵金属纳米粒子各向同性地加热,失去了光学共振的极端能量限制,所以发热通常被认为是不利的。通过光学和热传导模型表明,正确选择纳米反应器的几何形状和材料,可以将等离激元光学吸收热点高保真地直接压印到晶格上。过渡金属氮化物(TMNs,例如,TiN/HfN)实现了理想的材料要求,其中超快电子-声子耦合阻止了电子快速散热,并且低热导率延长了热限制。这种极端的能量限制导致了前所未有的峰值温度和内部热梯度(大于10 K nm-1),这是使用贵金属或任何当前加热方法都无法实现的。因此,与贵金属(Ag、Au、Cu)相比,TMN纳米反应器在脉冲光热化学转换中能产生高达一万倍的产物。这些发现开辟了一个完全未探索的纳米光化学领域,在这个领域中,相邻的反应中心在数百皮秒内经历了截然不同的温度,足以使键的断裂发生。


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亚波长不连续末端的彩虹:传感应用中的等离激元光捕获

Rainbows at the End of Subwavelength Discontinuities: Plasmonic Light Trapping for Sensing Applications

https://doi.org/10.1002/adom.202100695

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本文介绍了等离激元多波长彩虹光捕获的最新进展,该领域在过去十年中不断发展,如今是一个活跃的研究领域,包括多种潜在应用,例如光学生物传感、光电检测、光谱学和医学。传统的等离激元器件经过设计和优化可以增强单波长的光学性能,但不适用于多个波段或宽波段范围内进行电磁场局域。为了克服这些限制,在不同的空间位置减缓和捕获不同波长的光的能力吸引了科学关注,并开启了新的研究。作者介绍了等离激元光局域的基本原理,讨论了突破性超材料的最新进展,以及用于设计和制造等离激元多波长光捕获平台的主要成就和各种器件配置,重点介绍了传感应用。作者概述了这一领域的突出研究,包括陷阱彩虹概念的最早提出、目前的趋势、未来的方向和突显的相关主题。这篇综述介绍了与电磁光谱局域和器件制造物理相关的关键发展和技术挑战,将激励科学家和工程师进一步发展该领域。


本文转自:https://mp.weixin.qq.com/s/9i5MG96XfzZmLCvo1IB4ww

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