Un nouvel article publié dans Opto-Electronic Science passe en revue les principes fondamentaux et les applications des nanoparticules optiques piégées optiquement. Les nanoparticules optiques sont l'un des éléments clés de la photonique. Ils permettent non seulement l'imagerie optique d'une multitude de systèmes (des cellules à la microélectronique), mais se comportent également comme des capteurs à distance très sensibles.
Le succès des pinces optiques dans l’isolement et la manipulation de nanoparticules optiques individuelles a été récemment démontré. Cela a ouvert la porte à l'analyse et à la détection de particules uniques à haute résolution.
Les résultats les plus pertinents dans les domaines en croissance rapide du piégeage optique de nanoparticules optiques individuelles sont résumés dans cet article. Selon les différents matériaux et leurs propriétés optiques, les nanoparticules optiques sont classées en cinq familles :les nanoparticules plasmoniques, les nanoparticules dopées aux lanthanides, les nanoparticules polymères, les nanoparticules semi-conductrices et les nanodiamants. Pour chaque cas, les principales avancées et applications ont été décrites.
Les nanoparticules plasmoniques ont une plus grande polarisabilité et une efficacité de conversion lumière-chaleur élevée, ce qui nécessite une sélection critique de longueur d'onde de piégeage pour elles. Les applications typiques basées sur les propriétés de luminescence des nanoparticules plasmoniques piégées optiquement sont l'étude de l'interaction particule-particule et la détection de la température. Cette recherche est réalisée en analysant le rayonnement absorbé, diffusé ou émis par les nanoparticules.
Les nanoparticules dopées au lanthanide ont des bandes d'émission étroites, une longue durée de vie de fluorescence et une intensité d'émission sensible à la température. Cette revue résume la détection de la température cellulaire rapportée réalisée par les nanoparticules dopées au lanthanide piégées optiquement. Les propriétés structurelles de l’hôte de nanoparticules dopées aux lanthanides permettent à ces particules de tourner. Pour une puissance laser fixe, la vitesse de rotation dépend de la viscosité du milieu. Des études ont montré que cette propriété peut être utilisée pour mesurer la viscosité intracellulaire. De plus, une fonctionnalisation adéquate de la surface des nanoparticules dopées aux lanthanides permet leur utilisation en détection chimique.
L'incorporation de colorants dans les nanoparticules polymères les rend luminescentes et faciles à suivre dans le piège optique. Cette revue résume l'étude de la dynamique des nanoparticules uniques et la caractérisation d'échantillons biologiques en exploitant la capacité de suivre la luminescence des particules. Il facilite non seulement une compréhension plus approfondie de l'interaction optique et mécanique entre le piégeage laser et les particules optiques, mais souligne également le grand potentiel de la combinaison du piégeage optique avec la microscopie à fluorescence ou à balayage.
Les nanoparticules semi-conductrices ont récemment attiré une grande attention grâce à leurs propriétés de photoluminescence particulières telles que l'émission accordable, une plus faible sensibilité au photoblanchiment, des rendements quantiques élevés et une stabilité chimique. Dans cette revue, les auteurs résument les recherches sur l’utilisation de pinces optiques pour étudier et améliorer les propriétés de luminescence de nanoparticules semi-conductrices uniques. Ils résument également les recherches sur l'utilisation de particules semi-conductrices comme sources d'excitation localisées pour l'imagerie cellulaire.
La fluorescence des nanodiamants est causée par des défauts ponctuels dans la structure du diamant, appelés centres de couleur. Les recherches bibliographiques révèlent le nombre limité de rapports sur le piégeage optique des nanodiamants. Le premier rapport sur le sujet a révélé qu’un seul nanodiamant pouvait être utilisé comme capteur de champ magnétique. Plus tard, il a été démontré qu'un nanodiamant piégé optiquement fonctionnait comme un thermomètre cellulaire.
Cet article de synthèse révèle également comment la combinaison du piégeage optique et des nanoparticules optiques colloïdales peut être utilisée pour diverses applications. Malgré le grand potentiel des pinces optiques pour les études de nanoparticules uniques, ce domaine en est encore à ses balbutiements. La plupart des travaux se concentrent sur les applications plutôt que sur le comblement des lacunes des connaissances. Certains problèmes restent ouverts.
La revue résume les défis rencontrés par le piégeage optique des nanoparticules, notamment l'absence d'une formule précise décrivant les forces optiques, la résolution spatiale incertaine, la présence possible d'un biais de détection, etc. Cette revue devrait promouvoir l'enrichissement et le développement continus de recherche sur les principes, les techniques, les équipements et les applications dans ce domaine.
Plus d'informations : Fengchan Zhang et al, Piégeage optique des nanoparticules optiques :principes fondamentaux et applications, Science opto-électronique (2023). DOI :10.29026/oes.2023.230019
Fourni par Compuscript Ltd
