基于镧系掺杂纳米棒偏振分辨光谱的三维取向层析方法

《Nature Communications》：Orientation tomography of lanthanide-doped nanoprobes by polarization-resolved micro-spectroscopy

　　

摘要

量化三维（3D）取向对于理解软物质和生物系统中的自组装行为及集体行为至关重要。此外，对各向异性粒子的取向分析可表征流体中局部施加的力。我们提出了一种基于具有多个发射偶极矩的镧系掺杂纳米棒偏振分辨光谱的三维取向层析方法，该方法能够从单一视角进行三维取向测量。我们开发了一套针对镧系发光优化的共聚焦成像系统，以及一套用于提取纳米棒组装体中局部指向矢和取向参数的理论框架。该技术在横向和轴向方向上分别实现了0.5 μm和1 μm的空间分辨率，并在密集的向列型液晶组装体中得到了应用验证，分辨出了复杂的三维拓扑结构，同时在微流控流动中，绘制了在流体力学剪切作用下的取向分布。该方法为集体取向、自组装力学以及外部力诱导取向的定量研究提供了一个通用平台，并可扩展应用于其他镧系标记粒子和分子探针。