138 research outputs found
Radiologic anatomy of the inferior epigastric artery and embolisation technique for TRAM-flap conditioning preceding surgical breast reconstruction
No full textZur Vorbereitung eines autogenen Brustersatzes nach Mammaamputation wird ein
Haut-Muskel-Lappen aus dem M. rectus abdominis (TRAM-Flap) konditioniert. Um
die Blutversorgung des Transplantates aus der Arteria epigastrica superior zu
gewährleisten wird die hauptversorgende Arteria epigastrica inferior (AEI)
embolisiert. Die in vivo Röntgenanatomie der AEI wird in ihren Varianten durch
selektive Angiographien beschrieben. Die Technik der für die AEI optimierte
selektive Embolisation mit GAW Minispiralen und das unmittelbare Ergebnis wird
dargestellt. Die selektive Embolisation zur Konditionierung eines TRAM-Lappens
stellt ein alternatives Verfahren zur chirurgischen Unterbindungsoperation der
AEI dar. Sie wurde an der Klinik als minimalinvasives Verfahren in der
täglichen Routineversorgung etabliert.Preceding autogenous breast reconstruction after mastectomy a skin muscle flap
of the transverse rectus abdominus muscle (TRAM-flap) is conditioned. To
augment the blood flow to the transplant from the superior epigastric artery
the main nourishing inferior epigastric artery (AEI) is embolized. The in vivo
radiological anatomy of the AEI in its variants is described through selective
angiography. The technique of embolisation with GAW mini spirals optimized for
the AEI and the imediate results are shown. The selective embolisation for
conditioning a TRAM flap is an alternative procedure to a surgical ligature of
the AEI. In our hospital it became an established minimal invasive method in
the daily routine
Multi-twist polarization ribbon topologies in highly-confined optical fields
Get PDFElectromagnetic plane waves, solutions to Maxwell's equations, are said to be 'transverse' in vacuum. Namely, the waves' oscillatory electric and magnetic fields are confined within a plane transverse to the waves' propagation direction. Under tight-focusing conditions however, the field can exhibit longitudinal electric or magnetic components, transverse spin angular momentum, or non-trivial topologies such as Möbius strips. Here, we show that when a suitably spatially structured beam is tightly focused, a 3-dimensional polarization topology in the form of a ribbon with two full twists appears in the focal volume. We study experimentally the stability and dynamics of the observed polarization ribbon by exploring its topological structure for various radii upon focusing and for different propagation planes
Spatially resolving amplitude and phase of light with a reconfigurable photonic integrated circuit
Get PDFPhotonic integrated circuits play a pivotal role in many applications. Particularly powerful are circuits based on meshes of reconfigurable Mach-Zehnder interferometers as they enable active processing of light. This meets demands accross different fields, from communication to signal and information processing and sensor applications. Here, we use a reconfigurable photonic integrated circuit to realize a spatially resolving detector of amplitudes and phases of an electromagnetic field distribution. This is achieved by optically sampling free-space beams with a carefully designed input interface and subsequently processing the resulting on-chip light within the photonic mesh of interferometers. To perform measurements of this kind, we develop and experimentally implement a versatile method for the calibration and operation of such integrated photonics based detectors. Our technique works in a wide parameter range, even when running the chip off the design wavelength. Amplitude, phase, and polarization sensitive measurements are of enormous importance in modern science and technology, providing a vast range of applications for such integrated detectors. (C) 2022 Optica Publishing Group under the terms of the Optica Open Access Publishing Agreemen
Dipole in der Nanooptik: Von deren gezielter Anregung zu einem nanoskopischen Messinstrument
No full textDue to the advancing miniaturization in modern technologies and the multitude of microscopy applications, the research field of nanooptics is more important today than ever before. When working with nanostructures, a scattering behavior that can be described purely in terms of dipoles is a common encounter. In such cases, if a detailed understanding of the dipole excitation and the associated light scattering is available, a wide range of possibilities opens up. These possibilities include, in particular, the deliberate control of a known system and the resulting dipole radiation, as well as the reconstruction of excited dipoles as a tool for the investigation of unknown systems. Within this dissertation entitled “Dipoles in Nanooptics: From Their Tailored Excitation to a Nanoscopic Measurement Tool,” the necessary understanding is built and put into practice. For this purpose, versatile methods have been developed to determine the excited dipole moments, characterize optical components, and study sub-diffraction-limit size nanostructures.
At the onset of the work presented here, a theoretical foundation is established by gathering formalisms and equations from existing literature. In this process, all required calculations are adapted to the individual criteria applicable here and combined into a unified theory. This theoretical construct is divided into the following integral parts. First, tightly focused light fields are calculated from arbitrary paraxial input fields using vectorial diffraction theory. Second, the dipole moments excited in spherical nanoparticles are investigated via Mie theory. Last, the electromagnetic fields emitted by the dipoles are calculated utilizing Green functions, whereby both the resulting interaction with potential surrounding nanostructures and the radiated far-fields are determined.
The experiments carried out in the framework of this thesis begin with the tailored excitation of extraordinary dipole moments and the investigation of thereby occurring scattering phenomena. For this purpose, specific paraxial light beams were tightly focused, and nanoparticles were selectively placed in the resulting focal fields. In these experiments, many possibilities were discovered that could be used for nanoscale manipulation of light in later applications. In addition, the fundamental understanding of the physical processes was refined, and the practical know-how for their measurement was obtained. These aspects include, in particular, the reconstruction of the dipole moments excited in the nanoparticles, which is essential for later experiments.
Subsequently, the expertise for measuring dipole moments was used in two projects for a practical application. First, an absolute characterization method was developed for high numerical aperture microscope objectives. Here the term “absolute” denotes that no calibrated reference object is needed for the measurement. This requirement for a calibration reference is a significant problem in many characterization methods for cutting-edge optical elements, which was circumvented here. The measurement's key ingredient was using the fields radiated by a dipole as a nearly perfect reference wave. After that, the second application deals with objects almost a million times smaller than the previously examined microscope objective. More specifically, it involves the study of clusters of spherical gold nanoparticles with a size below the diffraction limit of visible light. The investigated particles were scanned through a known focus field, and polarization-resolved far-field measurements were recorded. In the data analysis, the theoretical dipolar scattering of such particles is then used to implement an inverse modeling approach to retrieve unknown parameters of the sample. Although these particles are not optically resolvable with conventional microscopy, it was possible to identify the vast majority of particles and determine their positions and sizes down to a few nanometers.
In conclusion, it can be noted that throughout this dissertation, especially the interplay of theory and the designed experiments have proven to be very fruitful. Ultimately, the theory allowed most of the subsequent experimental results to be reproduced partially or as a whole. These calculations allowed for estimating the effects of many potential sources of error. Thereby, experimental limitations were often known in advance, and much time was saved in the implementation. Moreover, and most importantly, it enabled the extensive inverse reconstruction approaches to be implemented in the first place.Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung in modernen Technologien, aber auch der großen Anzahl von Mikroskopieanwendungen, ist das Forschungsgebiet der Nanooptik heute wichtiger denn je. Bei der Untersuchung von Nanostrukturen tritt häufig ein Streuverhalten auf, welches sich rein durch Dipole beschreiben lässt. Wenn in solchen Fällen ein detailliertes Verständnis der Dipolanregung und der damit verbundenen Lichtstreuung vorhanden ist, eröffnet sich eine breite Palette von Möglichkeiten. Dazu gehören insbesondere die gezielte Kontrolle eines bekannten Systems und der daraus resultierenden Dipolstrahlung sowie die Rekonstruktion angeregter Dipole als Werkzeug zur Untersuchung unbekannter Systeme. In der hier vorliegenden Dissertation mit dem Titel “Dipole in der Nanooptik: Von deren gezielter Anregung zu einem nanoskopischen Messinstrument,” wird das hierzu nötige Verständnis aufgebaut und praktisch umgesetzt. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen dieser Arbeit vielseitige Methoden entwickelt, die zur Messung der Dipole selbst, zur Charakterisierung optischer Komponenten und zur Untersuchung von Nanostrukturen unterhalb der Beugungsgrenze eingesetzt werden.
Zu Beginn der hier vorgestellten Arbeit wird eine theoretische Grundlage geschaffen, indem Formalismen und Gleichungen aus der vorhandenen Literatur zusammengetragen werden. Dabei wurden alle erforderlichen Berechnungen auf die hier individuell vorliegenden Kriterien angepasst und zu einer einheitlichen Theorie vereint. Dieses theoretische Konstrukt gliedert sich in die folgenden wesentlichen Hauptteile. Zuerst werden hoch fokussierte Lichtfelder aus beliebigen paraxialen Eingangsfeldern mittels vektorieller Beugungstheorie berechnet. Darauf folgt die Bestimmung der in sphärischen Nanoteilchen angeregten Dipolmomente durch den Einsatz der Mie-Theorie. Zuletzt werden die von den Dipolen emittierten elektromagnetischen Felder durch Green-Funktionen ermittelt, wobei sowohl die Wechselwirkung der Dipole mit umgebenden Nanostrukturen als auch die abgestrahlten Fernfelder berechnet werden.
Die im Zuge dieser Dissertation durchgeführten Experimente befassen sich zu Anfang mit der gezielten Anregung spezieller Dipolmomente und den dabei auftretenden Streuphänomenen. Dazu wurden paraxiale Lichtstrahlen präpariert, fokussiert und Nanoteilchen selektiv darin platziert. In diesen Versuchen konnte eine große Diversität an Möglichkeiten entdeckt werden, die zur nanoskaligen Manipulation von Licht für spätere Anwendungen genutzt werden können. Darüber hinaus wurde ein grundlegendes Verständnis der untersuchten physikalischen Prozesse, sowie praktisches Know-how für deren Messung gewonnen. Zu diesen Aspekten gehört vor allem die genaue Rekonstruktion der in den Nanopartikeln angeregten Dipolmomente, die für die nachfolgenden Experimente enorm wichtig ist.
Anschließend wurde die Expertise zur Messung von Dipolmomenten in zwei separaten Projekten für eine praktische Anwendung eingesetzt. Zunächst wurde dabei eine Methode zur absoluten Charakterisierung von Mikroskopobjektiven mit hoher numerischer Apertur entwickelt. Der Begriff “absolut” bedeutet hierbei, dass kein kalibriertes Referenzobjekt für die Messung benötigt wird. Diese Notwendigkeit einer Referenz stellt bei vielen Charakterisierungsmethoden ein großes Problem dar, welches hier umgangen werden konnte. Der wichtigste Bestandteil der Messung war die Verwendung der von einem Dipol abgestrahlten Felder als nahezu perfekte Referenzwelle. Im Anschluss daran befasst sich die zweite Anwendung mit Objekten, welche beinahe um das millionenfache kleiner sind als die zuvor untersuchten Mikroskopobjektive. Genauer geht es dabei um die Untersuchung von Ansammlungen kugelförmiger Goldnanopartikel mit einer Größe unterhalb der Beugungsgrenze des sichtbaren Lichts. Die zu untersuchenden Teilchen wurden durch ein bekanntes Fokusfeld gescannt und polarisationsaufgelöste Fernfeldmessungen wurden aufgezeichnet. In der Datenanalyse wird dann die theoretische dipolare Lichtstreuung solcher Partikel genutzt, um einen inversen Modellierungsansatz zu implementieren und somit unbekannte Parameter der Probe zu ermitteln. Obwohl diese Teilchen mit herkömmlicher optischer Mikroskopie nicht auflösbar sind, war es hierbei möglich, die überwiegende Mehrheit aller Teilchen zu identifizieren und deren Positionen und Größen bis auf wenige Nanometer genau zu bestimmen.
Abschließend ist zu sagen, dass sich während dieser Dissertation insbesondere das Zusammenspiel der Theorie und dem darauf abgestimmten Experiment als sehr gewinnbringend erwiesen hat. Letztlich erlaubte die Theorie den Großteil der darauf folgenden experimentellen Ergebnisse gänzlich oder teilweise nachzustellen. Zum einen konnten dadurch die Auswirkungen vieler potenzieller Fehlerquellen abgeschätzt werden, wodurch wiederum viele Limitierungen der Experimente schon im Voraus bekannt waren und sich in der Umsetzung viel Zeit einsparen ließ. Zum anderen, und noch viel wichtiger, konnten dadurch umfangreiche inverse Rekonstruktionsansätze überhaupt erst umgesetzt werden
Acupuncture and sports medicine : effects and application perspectives
No full textVor dem Hintergrund der gestiegenen medizinischen und sozioökonomischen Relevanz von Akupunktur und Laserakupunktur werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Anwendungsfelder und Forschungsperspektiven in der präventiven und rehabilitativen Sportmedizin skizziert. Hierzu zählen insbesondere die Therapie von Sportverletzungen und Sportschäden, die Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit, die Unterstützung und Förderung der Regeneration sowie die Vorbeugung von belastungsinduziertem Asthma. Aufbauend auf den aktuellen Forschungsstand werden eigene Originalarbeiten vorgestellt, die sich mit der Evaluation spezifischer Effekte der Akupunktur und Laserakupunktur befassen.Against the background of the increasing medical and socioeconomic importance of acupuncture and laser acupuncture, the present work aims at outlining scientific and practical applications in fields related to preventive and rehabilitative sports medicine. These include, in particular, the treatment of acute and chronic sports injuries, the enhancement of physical performance, the promotion of recovery, as well as the prevention of exercise-induced asthma. Based on current research, the author presents his original investigations dealing with specific effects of acupuncture and laser acupuncture
Observation of optical polarization Möbius strips
No full textMöbius strips are three-dimensional geometrical structures, fascinating for their peculiar property of being surfaces with only one "side"—or, more technically, being "nonorientable" surfaces. Despite being easily realized artificially, the spontaneous emergence of these structures in nature is exceedingly rare. Here, we generate Möbius strips of optical polarization by tightly focusing the light beam emerging from a q-plate, a liquid crystal device that modifies the polarization of light in a space-variant manner. Using a recently developed method for the three-dimensional nanotomography of optical vector fields, we fully reconstruct the light polarization structure in the focal region, confirming the appearance of Möbius polarization structures. The preparation of such structured light modes may be important for complex light beam engineering and optical micro- and nanofabrication
Structured light matter interactions at the micro- and nanoscale - Towards all-integrated nano-metrology and magneto-optical effects
Get PDFIn this thesis, we theoretically and experimentally investigate two different areas of research in nano-optics, one focusing on making use of integrated photonics for the development of optical sensors, and the other one revolving around optical activity in its most general sense. Though appearing to be quite different, the physics underlying both projects are in large parts similar. To create a solid foundation, we first introduce the fundamentals of light-matter interaction, especially the generation of structured light in the paraxial and tightly focused regime, as well as the scattering of light by nanoscopic structures of different kind. The goal of the first project of this thesis, which is also the main one, is the development of an all-optical position sensor, capable of measuring displacements in two dimensions with a resolution of 7.2nm. The sensor, implemented on a silicon-on-insulator platform, relies on position-dependent directional coupling of light to photonic waveguides. Subsequently we present an approach to employ a similar platform to retrieve the intricate electromagnetic field and phase distribution of an arbitrary tightly focused beam. Moreover, we investigate different kinds of optical activity in its most general sense. We distinguish between geometrically induced optical activity, which is exhibited by chiral structures, and magneto-optical activity occurring in a certain class of materials upon application of an external magnetic field. In both cases, we make use of optical metasurfaces to resonantly enhance light-matter interaction. Owing to the intrinsic weakness of magneto-optical effects, the investigations of this type of optical activity are mostly of theoretical nature
Ångström-Lokalisierung eines Nanpartikels durch transversale Kerker-Streuung
No full textThe aim of the thesis is to experimentally demonstrate a localization scheme of a single nanoparticle with a resolution of less than an Ångström, followed by its proof-of-concept on-chip version using a silicon based photonic crystal waveguide. The theory of the localization follows the principle of Kerker’s forward/backward scattering. Here we demonstrated a modified version of the Kerker’s scattering—transverse Kerker scattering—where the single nanoparticle exhibits directional scattering in the plane perpendicular to propagation of light. This was achieved via excitation of a Huygen’s dipole—a combination of two orthogonally polarized linear dipoles with a relative phase of π/2—in the nanoparticle using tightly focused cylindrical vector beams, such as, radially or azimuthally polarized beams. Such a beam exhibits a strong longitudinal field component in the center of the beam i.e. on the optical axis upon tight focusing. However, around the optical axis within the focal plane, presence of both longitudinal and transverse field components allows us to excite Huygen’s dipole in the nanoparticle, to obtain strongly directional scattering. And the position information of the nanoparticle gets encoded within the strength and the direction of the scattering pattern. The strength of the directivity depends on the excitation beam parameters, such as wavelength, field distribution, the particle parameters, such as size, refractive index, and the position of the nanoparticle within the focal spot, relative to the optical axis. We numerically optimized some of these parameters to get an estimate for the values that lead to the strongest displacement sensitivity of the directional scattering. In the experimental setup developed in-house, radially and azimuthally polarized paraxial light beams were prepared and analyzed with high precision to ensure good mode quality. Polarization tailored paraxial beams are then focused tightly onto silicon nano-sphere using microscope objective. Due to the high refractive index of silicon and its dielectric nature, a combination of electric and magnetic dipole moments gets excited, where the strength of these dipoles depends on the scattering cross section and the particle position relative to optical axis. We experimentally demonstrated the wavelength dependent directivity trend for a silicon nanosphere of diameter 168 nm using both radially and azimuthally polarized excitation. Using azimuthally polarized excitation of wavelength 545 nm, we could detect a particle displacement of 3 Å with a localization accuracy down to 0.6 Å. For the on-chip version, we used a photonic crystal waveguide based microchip with a 520 nm diameter particle at the center of 3-way waveguide crossing. Careful choice of waveguide and particle parameters allowed to perform the experiment in the telecom band (1608 nm excitation wavelength). As a first proof of concept, we could demonstarte a localization accuracy of 7.5 Å for a 520 nm particle, which is at the order of λ/300
Herstellung von photonischen Nanostrukturen durch eine AFM-basierte Handhabung zum Aufheben und Absetzen von einzelnen Nanopartikeln innerhalb eines SEMs
No full textThis thesis with the title ‘Assembly of photonic nanostructures by AFM-based pick-and-place handling of individual nanoparticles inside an SEM’ was concerned with the development, setting-up, and application of a nanomanipulation system for the fabrication of particle patterns composed from individually selected and arranged nanoparticles.
This nanomanipulation system permits to collect single nanoparticles from samples, here referred to as ‘reservoir’ samples, and to transfer them individually to a new target location and even to a different sample if required. The exchange of the samples is performed in an automated fashion whereby previously stored sample positions can be changed within seconds across centimeter distances and with a repositioning accuracy in the low single digit micrometer to sub-micrometer range. The AFM-based nanomanipulations are performed by a human operator who can interactively control the movements of the AFM tips with a 3D-controller input device with nanometer precision and under the visual observation from the SEM. Additionally, the nanomanipulation setup permits to make use of two independently movable AFM tips in a shared volume of operation in a cooperative fashion to perform nanomanipulations. This is particularly helpful for manipulating higher-dimensional nano-objects than particles, such as wires and flakes, as was also demonstrated during the work on this thesis.
The AFM-based nanomanipulation setup utilizes different commercial positioning components and was designed to integrate these components into a commercial scanning electron microscope (SEM) to form a coherent and operable nanomanipulation setup. Electronic signal amplifiers to measure the mechanical bending motions of piezoresistive AFM cantilevers during these nanomanipulations were realized with the support of the electronics workshop at the Max Planck Institute for the Science of Light (MPL) in Erlangen. The required software control architectures for inter-operating the constituting components of the nanomanipulation system were developed and integrated. The procedures how to align the system for nanomanipulations with automatic sample switching and how to perform pick-and-place handling of nanoparticles are described in detail.
Besides working with gold and silica nanoparticles for test purposes, nanoparticle patterns from gold and silica nanoparticles were prepared for investigating directional Kerker scattering, optical chirality in heterogeneous particle assemblies, and mode sorting in inhomogeneously sized dimers in cooperation with colleagues at the MPL. Similarly, an optical displacement sensor for nanometer-precise detection of position shifts was realized by functionalizing a photonic crystal waveguide architecture with a precisely placed silicon nanoparticle.
Different problems encountered during the development and work with this nanomanipulation approach such as charging and carbon contaminations in the SEM environment and the local modification of optical properties in thin films of transparent conductive oxides (TCOs) are described. Explorative steps that were undertaken to develop pre-characterization strategies for selecting nanoparticles based on their optical properties are presented. The thesis concludes by considering potential mitigation strategies for relieving the encountered problems and for improving the nanomanipulation system itself, and by discussing prospective applications for what nanoparticle-based structures could be addressed with good prospects for future research.Diese Dissertation mit dem Titel “Assembly of photonic nanostructures by AFM-based pick-and-place handling of individual nanoparticles inside an SEM” (Herstellung von photonischen Nanostrukturen durch eine AFM-basierte Handhabung zum Aufheben und Absetzen von einzelnen Nanopartikeln innerhalb eines SEMs) hat sich mit dem Entwurf, dem Aufbau, und der Anwendung eines Nanomanipulationssystems für die Herstellung von Partikelmustern beschäftigt, die aus individuall ausgewählten und angeordneten Nanopartikeln zusammengestellt wurden.
Dieses Nanomanipulationssystem ermöglicht es, einzelne Nanopartikel von Proben aufzulesen, hier als Reservoir-Proben bezeichnet, und diese individuell an neue Zielorte und gegebenenfalls sogar auf andere Proben zu transferieren. Der Wechsel zwischen Proben wird dabei in einer automatisierten Weise durchgeführt, die es erlaubt, zwischen zuvor gespeicherten Probenorten innerhalb von wenigen Sekunden mit einer Repositioniergenauigkeit von wenigen Mikrometern bis unter einem Mikrometer zu wechseln. Die AFM-basierte Nanomanipulation wird von einem menschlichen Bediener ausgeführt, der die Bewegungen der eingesetzten AFM-Spitzen mit einem 3D-Eingabegerät interaktiv mit Nanometerpräzision steuern und dabei mit einem SEM beobachten kann. Des Weiteren erlaubt dieser Nanomanipulationsaufbau, zwei unabhängig voneinander bewegbare AFM-Spitzen in einem gemeinsamen Arbeitsvolumen kooperativ einzusetzen, um die Nanomanipulationen durchzuführen. Dieses ist insbesondere hilfreich, wenn höherdimensionale Nanoobjekte als Partikel wie Nanodrähte oder Nanoplättchen manipuliert werden sollen, wie auch in dieser Arbeit demonstriert wurde.
Der AFM-basierte Nanomanipulationsaufbau setzt verschiedene kommerzielle Positioniereinheiten ein und wurde entwickelt, um aus diesen Komponenten ein stimmiges und bedienbares Nanomanipulationssystem zu formen, das in ein kommerzielles Rasterelektronenmikroskop (SEM) integriert wurde. Elektronische Signalverstärker, um die mechanischen Verbiegungsbewegungen von piezoresistiven AFM Cantilevern während solcher Nanomanipulationen zu messen, wurden mit Unterstützung durch die Elektronikwerkstatt des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts (MPL) in Erlangen realisiert. Die erforderliche Software Steuerungsarchitektur wurde entwickelt und verknüpft, um die verschiedenen Grundkomponenten, die den Nanomanipulationsaufbau bilden, gemeinsam nutzen zu können. Die Vorgehensweisen, wie der Aufbau für die Nutzung von automatisierten Probenwechseln eingerichtet werden muss, und wie der Transfer
von Nanopartikeln durch Aufnehmen und Ablegen durchgeführt wird, werden im Detail beschrieben.
Neben dem Einsatz von Gold und Silica Nanopartikeln für Testzwecke wurden Nanopartikelmuster aus Gold- und Siliziumpartikeln hergestellt, um gerichtete Kerker-Streuung, die optische Chiralität von heterogenen Partikelmustern und eine Moden-Klassifizierung durch Dimere aus ungleich großen Partikeln in Kooperation mit Arbeitskollegen am MPL zu untersuchen. Ebenfalls wurde ein optischer Verlagerungssensor zur nanometerpräzisen Bestimmung von Positionsveränderungen realisiert, indem eine auf photonischen Kristallen basierende Wellenleiterstruktur mit einem präzise platzierten Silizium Nanoteilchen funktionalisiert wurde.
Verschiedene Probleme, die während der Entwicklung und Arbeit mit diesem Nanomanipulationsverfahren auftraten, wie Aufladungen und Kohlenstoffverunreinigungen unter SEM-Bedingungen und die lokale Veränderung von optischen Eigenschaften in dünnen Filmen aus transparenten leitfähigen Oxidverbindungen (transparent conductive oxides, TCOs) werden beschrieben. Explorative Ansätze, um Nanopartikel anhand ihrer optischen Eigenschaften vorzucharakterisieren, werden vorgestellt. Die Dissertation schließt mit Überlegungen, wie die angetroffenen Probleme gelindert werden könnten, wie der
Nanomanipulationsaufbau selbst verbessert werden könnte, und diskutiert potentielle Anwendungen, welche Nanopartikel-basierten Strukturen mit guten Erwartungen für zukünftige Forschungen umgesetzt werden könnten
Hollow-core optical fibers for nanoparticle tracking and analysis
Get PDFGaining deeper understanding of processes at the nanoscale is a key to progress in numerous research fields, like medical diagnostics, disease treatment, environmental or material science. Particularly the size of nano-objects – e.g. viruses, proteins or artificial nanospheres – is of interest since it determines many of their properties and interaction possibilities. One method for particle sizing in liquid environments is nanoparticle tracking analysis (NTA), combining standard light microscopy to follow the movements of individual luminescent objects, usually either label-free or fluorescent scatterers, with a random motion analysis, resulting in a hydrodynamic diameter for each observed nanoparticle (NP). Due to the possibility to follow individual nanoobjects for longer times, the invention of optical fiber-assisted NTA (FaNTA), where NPs are confined into light-guiding channels, led to significant improvements of the measurement precision compared to standard NTA. This thesis explores the applicability of hollow-core fibers as a platform for FaNTA, with a focus on the investigation of NP ensembles. The used fibers offer enough space to simultaneously track more than 100 objects. Different fiber designs are studied, among these, a custommade single antiresonant element fiber is found to provide the best experimental conditions for tracking NPs in aqueous solutions. To assess the performance of the system, a variety of samples is investigated: artificial gold and polystyrene nanospheres of nominal diameters between 50 nm and 125 nm either highly size-uniform, in broader distributions or in mixtures, as well as T4 bacteriophages, a biological species in its quasi-natural aqueous environment. All of the measured mean hydrodynamic diameters agree well with reference values from dynamic light scattering (DLS), especially also for bimodal mixtures of less than 20% mean diameter difference, surpassing the resolution of standard NTA
- …
