Plasmonic nanoparticles
પ્લાઝમોનિક નેનોપાર્ટિકલ્સ એવા કણો છે જેમની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા તરંગલંબાઇના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન સાથે જોડી શકે છે જે માધ્યમ અને કણો વચ્ચેના ડાઇલેક્ટ્રિક-મેટલ ઇન્ટરફેસની પ્રકૃતિને કારણે કણ કરતા ઘણા મોટા હોય છેઃ શુદ્ધ ધાતુથી વિપરીત જ્યાં સામગ્રીના કદના આધારે કયા કદની તરંગલંબાઇને અસરકારક રીતે જોડી શકાય તેની મહત્તમ મર્યાદા હોય છે. આ કણોને સામાન્ય સપાટીના પ્લાઝમોનથી જે અલગ પાડે છે તે એ છે કે પ્લાઝમોનિક નેનોપાર્ટિકલ્સ તેમની ભૂમિતિ અને સંબંધિત સ્થિતિના આધારે રસપ્રદ સ્કેટરિંગ, શોષણ અને જોડાણ ગુણધર્મો પણ પ્રદર્શિત કરે છે. આ અનન્ય ગુણધર્મોએ તેમને સૌર કોષો, સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, ઇમેજિંગ માટે સંકેત વૃદ્ધિ અને કેન્સરની સારવાર સહિત ઘણી એપ્લિકેશનોમાં સંશોધનનું કેન્દ્ર બનાવ્યું છે. તેમની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા તેમને મિકાનો-ઓપ્ટિકલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન ડિઝાઇન કરવા માટે સારા ઉમેદવાર તરીકે પણ ઓળખે છે. પ્લાઝમોન એ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનનું ઓસિલેશન છે જે વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોને કારણે પદાર્થમાં દ્વિધ્રુવની રચનાનું પરિણામ છે. ઇલેક્ટ્રોન તેની પ્રારંભિક સ્થિતિને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે સામગ્રીમાં સ્થળાંતર કરે છે; જો કે, પ્રકાશ તરંગો ઓસિલેટ કરે છે, જે દ્વિધ્રુવમાં સતત પરિવર્તન તરફ દોરી જાય છે જે ઇલેક્ટ્રોનને પ્રકાશની સમાન આવર્તન પર ઓસિલેટ કરવા દબાણ કરે છે. આ જોડાણ ત્યારે જ થાય છે જ્યારે પ્રકાશની આવર્તન પ્લાઝ્મા આવર્તનની બરાબર અથવા તેનાથી ઓછી હોય અને પ્લાઝ્મા આવર્તન પર સૌથી વધુ હોય જેને તેથી પ્રતિધ્વનિત આવર્તન કહેવામાં આવે છે. સ્કેટરિંગ અને એબ્સોર્બન્સ ક્રોસ-સેક્શન વેરવિખેર અથવા શોષાય તેવી આપેલ આવર્તનની તીવ્રતાનું વર્ણન કરે છે. ઇચ્છિત કદ અને ભૂમિતિના આધારે આવા નેનોપાર્ટિકલ્સની તૈયારી માટે ઘણી બનાવટ પ્રક્રિયાઓ અથવા રાસાયણિક સંશ્લેષણ પદ્ધતિઓ અસ્તિત્વમાં છે. નેનોપાર્ટિકલ્સ સમૂહ (કહેવાતા "પ્લાઝમોનિક પરમાણુઓ") બનાવી શકે છે અને સમૂહ સ્થિતિઓ બનાવવા માટે એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે. નેનોપાર્ટિકલ્સની સમપ્રમાણતા અને તેમની અંદર ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ પરમાણુ ભ્રમણકક્ષાઓની જેમ નેનોપાર્ટિકલ્સ વચ્ચેના બંધન અથવા એન્ટિબોન્ડિંગ પાત્રના પ્રકારને અસર કરી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોન સાથેના પ્રકાશ યુગલો હોવાથી, ધ્રુવીકૃત પ્રકાશનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનના વિતરણને નિયંત્રિત કરવા અને ઇરેડ્યુસિબલ રજૂઆત માટે મુલ્લિકેન શબ્દ પ્રતીકને બદલવા માટે થઈ શકે છે. નેનોપાર્ટિકલ્સની ભૂમિતિ બદલવાનો ઉપયોગ પ્રણાલીની ઓપ્ટિકલ પ્રવૃત્તિ અને ગુણધર્મોમાં હેરફેર કરવા માટે થઈ શકે છે, પરંતુ તે જ રીતે ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ પણ કણોની અંદર વાહક ઇલેક્ટ્રોનની સમપ્રમાણતાને ઘટાડીને અને સમૂહની દ્વિધ્રુવીય ક્ષણને બદલીને કરી શકે છે. આ સમૂહોનો ઉપયોગ નેનો સ્કેલ પર પ્રકાશને હેરફેર કરવા માટે થઈ શકે છે. સિદ્ધાંત ખૂબ જ નાના ગોળાકાર નેનોપાર્ટિકલ્સ માટે સ્કેટરિંગ અને શોષણ ક્રોસ-સેક્શનનું વર્ણન કરતા ક્વાસિસ્ટેટિક સમીકરણો આ પ્રમાણે છેઃ જ્યાં વિદ્યુત ક્ષેત્રની તરંગ સંખ્યા છે, તે કણની ત્રિજ્યા છે, તે ડાઇલેક્ટ્રિક માધ્યમની સંબંધિત પારગમ્યતા છે અને તે નેનોપાર્ટિકલની સંબંધિત પારગમ્યતા છે જેને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન માટે ડ્રુડ મોડેલ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે જ્યાં પ્લાઝ્મા આવર્તન છે, ચાર્જ વહનની છૂટછાટ આવર્તન છે, અને તે વિદ્યુતચુંબકીય કિરણોત્સર્ગની આવર્તન છે. આ સમીકરણ એ વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રમાણસર પ્રેરક બળ સાથે હાર્મોનિક ઓસિલેટર માટે વિભેદક સમીકરણને હલ કરવાનું પરિણામ છે જે કણને આધિન છે. વધુ સંપૂર્ણ વ્યુત્પત્તિ માટે, સપાટી પ્લાઝમોન જુઓ. તે તાર્કિક રીતે અનુસરે છે કે જ્યારે છેદ શૂન્યની આસપાસ હોય ત્યારે આ સમીકરણો માટે પ્રતિધ્વનિ શરતો પ્રાપ્ત થાય છે કે જ્યારે આ શરત પૂર્ણ થાય છે ત્યારે ક્રોસ-સેક્શન તેમના મહત્તમ હોય છે. આ ક્રોસ-સેક્શન એક, ગોળાકાર કણો માટે છે. જ્યારે કણો બિન-ગોળાકાર હોય અથવા 1 અથવા વધુ અન્ય નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે જોડાયેલા હોય ત્યારે સમીકરણો બદલાય છે, જેમ કે જ્યારે તેમની ભૂમિતિ બદલાય છે. આ સિદ્ધાંત અનેક કાર્યક્રમો માટે મહત્વપૂર્ણ છે. મર્યાદિત કદના ગોળાકાર ધાતુના નેનોપાર્ટિકલમાં પ્લાઝ્મા ઓસિલેશનનું સખત ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. ઉપયોગો પ્લાઝમોનિક સૌર કોષો પ્રકાશને ફોટોવોલ્ટેઇક માળખામાં વિખેરી નાખવાની તેમની ક્ષમતા અને ઓછા શોષણને કારણે, પ્લાઝમોનિક નેનોપાર્ટિકલ્સ સૌર કોષની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટેની પદ્ધતિ તરીકે તપાસ હેઠળ છે. ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા વધુ પ્રકાશને શોષવા માટે દબાણ કરવાથી કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે. પ્લાઝમન્સ ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન દ્વારા ઉત્તેજિત થઈ શકે છે અને ચોક્કસ કદ અને ચોક્કસ પેટર્નના સોનાના કણો અને પોર્ફિનના પ્રકાશ-સંવેદનશીલ અણુઓમાંથી બનાવેલ સામગ્રીમાં ગરમ ઇલેક્ટ્રોનમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પ્રેરિત કરી શકે છે. પ્લાઝમોન જે તરંગલંબાઇનો પ્રતિસાદ આપે છે તે કણોના કદ અને અંતરનું કાર્ય છે. આ સામગ્રી ફેરોઇલેક્ટ્રિક નેનોલિથોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવી છે. પરંપરાગત ફોટો એક્સાઇટેશનની તુલનામાં, સામગ્રી વર્તમાન કરતાં ત્રણથી 10 ગણી પેદા થાય છે. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી છેલ્લા 5 વર્ષોમાં ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી માટેની પદ્ધતિ તરીકે પ્લાઝમોનિક નેનોપાર્ટિકલ્સની શોધ કરવામાં આવી છે. એક જૂથે 40 એનએમ સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ કર્યો હતો જે કાર્યરત કરવામાં આવ્યા હતા જેથી તેઓ કોષ પર તે રીસેપ્ટર્સની ઘનતા નક્કી કરવા માટે ખાસ કરીને બાહ્ય વૃદ્ધિ પરિબળ રીસેપ્ટર્સ સાથે જોડાઈ શકે. આ તકનીક એ હકીકત પર આધાર રાખે છે કે જ્યારે કણો એકબીજાના એક કણ વ્યાસ (40 એનએમ) ની અંદર દેખાય છે ત્યારે તેમની અસરકારક ભૂમિતિ બદલાય છે. તે શ્રેણીની અંદર, કોષ પટલમાં ઇ. જી. એફ. આર. ની ઘનતા પરની માત્રાત્મક માહિતી પ્લાઝમોનિક કણોની પ્રતિધ્વનિત આવર્તનમાં પરિવર્તનના આધારે મેળવી શકાય છે. કેન્સરની સારવાર પ્લાઝમોનિક નેનોપાર્ટિકલ્સે કેન્સરની નવીન સારવારની સ્થાપના માટે વ્યાપક ક્ષમતા દર્શાવી છે. તેમ છતાં, હજી પણ ક્લિનિકલ પ્રેક્ટિસમાં કાર્યરત પ્લાઝમોનિક નેનોમેટેરિયલ નથી, કારણ કે સંકળાયેલ ધાતુની દ્રઢતા છે. પ્રારંભિક સંશોધન સૂચવે છે કે કેટલીક નેનો સામગ્રીઓ, જેમાંથી સોનાના નેનોરોડ અને અલ્ટ્રા સ્મોલ-ઇન-નેનો આર્કિટેક્ચર, આઈઆર લેસર પ્રકાશને સ્થાનિક ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે, અન્ય સ્થાપિત કેન્સરની સારવાર સાથે પણ સંયોજનમાં. સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન પ્લાઝમોનિક મેટામેટ્રિયલ્સ સંદર્ભો ફોટોવોલ્ટેઇક સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી કેન્સરની સારવાર ભૌતિક સંપત્તિ દ્વારા નેનોપાર્ટિકલ્સ પ્લાઝમોનિક