Nanoscale magnifiers: sub-diffraction manipulation of light by plasmons
Project goals
This project will develop a new method for spatial manipulation of light at the nanoscale by assembly of plasmonic nanostructures. I propose to use this method to advance visualization of densely packed biomolecules and their dynamics. Metal nanostructures are capable of massive enhancements of optical response, which arise from collective electromagnetic resonances called plasmons. Here, I propose a radically new idea of understanding plasmonic nanoparticles as nanoscale spatial manipulators for light emitting fluorophores, opening a new dimension of diverse applications. We will use single molecule localization microscopy, DNA self-assembly, and machine learning to describe and reconstruct sub-diffraction limited shifts in the projection of plasmon-coupled fluorophores and determine how to control them by altering the enhancement mechanism, fluorophore-plasmon distance, and their dynamics. The experimental systems developed in this project will bring new routes to answering fundamental questions in plasmonic enhancement well beyond the scope of this project.
Keywords
plasmonicssuperresolution microscopyDNA self-assemblyplasmonic nanoparticlesenhanced fluorescence
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
—
Call for proposals
SGA0202100006
Main participants
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
21-17847M
Alternative language
Project name in Czech
Sub-difrakční manipulace světla pomocí plasmonu pro zvětšení obrazu
Annotation in Czech
Tento projekt vyvine novou metodu prostorové manipulace se světlem v nanoměřítku pomocí plazmonických nanostruktur. Tuto metodu využijeme k zlepšení zobrazování hustě uspořádaných biologických struktur a jejich dynamiky. Kovové nanostruktury jsou díky plasmonům, kolektivním elektromagnetickým resonancím, schopné masivního zesílení optické odezvy navázaných molekul. Tento project přináší radikálně novou myšlenku, kdy plazmonické nanočástice vnímáme jako prostorové manipulátory světla emivotaného fluorofory. To otevírá novou dimenzi aplikací plasmonického zesílení. Za využití lokalizační superrozlišovací mikroskopie, DNA self-assembly a metod strojového učení popíšeme a rekonstruujeme sub-difrakčně limitované posuny v projekci plasmonicky vázaných fluoroforů. Zjistíme, jak je ovládat pomocí mechanismu plasmonického zesílení, vzdálenosti fluoroforu a plazmonu a jejich dynamiky. Experimentální systémy vyvinuté v tomto projektu přinesou nové cesty k zodpovězení základních otázek v plasmonickém zesílení daleko nad rámec tohoto projektu.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10302 - Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
OECD FORD - secondary branch
21001 - Nano-materials (production and properties)
OECD FORD - another secondary branch
20903 - Bioproducts (products that are manufactured using biological material as feedstock) biomaterials, bioplastics, biofuels, bioderived bulk and fine chemicals, bio-derived novel materials
BM - Solid-state physics and magnetism
EI - Biotechnology and bionics
JJ - Other materials
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2021
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Jul 9, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GM-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
22,072 thou. CZK
Public financial support
22,072 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
22 072 CZK thou.
Public support
22 072 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
Solution period
01. 01. 2021 - 31. 12. 2025