Лазерная фрагментация кремниевых микрочастиц в жидкостях для решения задач биофотоники

Аннотация: Проанализирована возможность изготовления кремниевых наночастиц методом пикосекундной лазерной фрагментации микрочастиц кремния в воде. Показано, что при фрагментации в течение 40 мин зависимость средних размеров наночастиц от исходной массовой концентрации микропорошка, изменяемой в диапазоне 0.5–12 мг/мл, является немонотонной: максимальный средний размер 165 нм достигается при концентрации 5 мг/мл. Для объяснения полученного результата проведено моделирование распространения фокусируемого лазерного пучка в рассеивающей среде из микрочастиц кремния в воде при варьировании их массовых концентраций. Показано, что при концентрациях не более 5 мг/мл фрагментация происходит в приосевой области пучка при его распространении в глубь кюветы со взвесью, а при более высоких концентрациях – преимущественно в приповерхностном слое из-за сильной экстинкции. Результаты расчетов позволяют объяснить экспериментальные особенности формирования кремниевых наночастиц. Данные спектрофотометрии взвеси наночастиц, полученных при исходной концентрации микрочастиц 12 мг/мл, сопоставлены с выполненными в рамках теории Ми теоретическими оценками коэффициентов поглощения и рассеяния. Измеренные оптические свойства указывают на возможность использования фрагментированных наночастиц в качестве рассеивающих и/или поглощающих контрастирующих агентов для решения задач оптической визуализации биологических объектов.

Ключевые слова: кремниевые микро- и наночастицы, лазерная фрагментация в жидкостях, рассеяние света, метод Монте-Карло, спектрофотометрия