![Lukas Payne MPhys PhD (Cardiff)](https://profiles-cardiff.imgix.net/attachments/4763?w=200&h=200&auto=format&crop=faces&fit=crop&q=90")
Dr Lukas Payne
(e/fe)
MPhys PhD (Cardiff)
Cydymaith Ymchwil
Grŵp Mater Cyddwysedig a Ffotoneg
Trosolwyg
Bob amser yn awyddus i broblem / pos newydd ei datrys, rwyf wedi ymdrechu tuag at ddatblygu technolegau a dulliau mewn opteg ar gyfer cymwysiadau amrywiol gan gynnwys nanoplasmoneg ac astudiaethau morffolegol nanoronynnol, delweddu celloedd byw aflinol, yn ogystal ag ysgrifennu laser uniongyrchol strwythurau cyfyng diffreithiant.
Trwy gydol fy astudiaethau a'm profiad gwaith, rwyf wedi bod yn ymwneud ag agweddau ymchwil sy'n rhedeg y gamut o ystyriaethau labordy ymarferol neu'n gyfrifol amdanynt, gan gynnwys datblygu dulliau glanhau sy'n benodol i samplau, paratoi samplau, a swyddogaeth arwyneb, i ddylunio cyfarpar arbrofol, ychwanegu a rheoli, gan gynnwys sefydlu corfforol, CAD 2D a 3D ac argraffu cydrannau arfer 3D, a datblygu meddalwedd ar gyfer rhyngwynebu caledwedd.
Datblygais ficrosgopeg difodiant optegol eang yn ystod fy PhD sy'n gallu mesur trawstoriad difodiant nanoronynnau aur i lawr i diamedr 2nm. Byddai'r microsgopi hwn yn ddiweddarach yn dod yn sylfaen i'r hyn yr ydym wedi'i alw'n Nanosizer Optegol, methodoleg arbrofol a dadansoddi ar gyfer pennu maint, siâp a chyfeiriadedd nanoronynnau 3D, gan gynnwys nanoronynnau aur mor fach â diamedr 10nm ar y gosodiad cyfredol. Mae'r Nanosizer Optegol yn cymharu croestoriadau mesuredig o nanoronynnau sengl â modelau damcaniaethol er mwyn pennu'r paramedrau nanoronynnau corfforol. Arweiniodd y Nanosizer, ynghyd â'm gwaith yn sefydlu setiau ar gyfer nodweddu dyfeisiau optoelectroneg ac ysgrifennu laser uniongyrchol, i mi hefyd hyrwyddo fy sgiliau mewn datblygu meddalwedd ar gyfer dadansoddi delwedd a data.
Cyhoeddiad
2023
- Slesiona, N., Payne, L., Pope, I., Borri, P., Langbein, W. and Watson, P. 2023. Correlative extinction and single fluorophore bleaching microscopy for ligand quantification on gold nanoparticles. Advanced Materials Interfaces 10(24), article number: 2300568. (10.1002/admi.202300568)
- Regan, D., Mavridi-Printezi, A., Payne, L., Montalti, M., Borri, P. and Langbein, W. 2023. Optical absorption and dichroism of single melanin nanoparticles †. Analyst (10.1039/d3an00654a)
- Pope, I. et al. 2023. Correlative light-electron microscopy using small gold nanoparticles as single probes. Light: Science & Applications 12, article number: 80. (10.1038/s41377-023-01115-4)
2022
- Hamilton, S., Regan, D., Payne, L., Langbein, W. and Borri, P. 2022. Sizing individual dielectric nanoparticles with quantitative differential interference contrast microscopy. Analyst 147(8), pp. 1567-1580. (10.1039/D1AN02009A)
2021
- Payne, L. M., Masia, F., Zilli, A., Albrecht, W., Borri, P. and Langbein, W. 2021. Quantitative morphometric analysis of single gold nanoparticles by optical extinction microscopy: material permittivity and surface damping effects. Journal of Chemical Physics 154, article number: 44702. (10.1063/5.0031012)
2020
- Payne, L. M., Albrecht, W., Langbein, W. and Borri, P. 2020. The optical nanosizer – quantitative size and shape analysis of individual nanoparticles by high-throughput widefield extinction microscopy. Nanoscale 12(30), pp. 16215-16228. (10.1039/D0NR03504A)
- Giannakopoulou, N. et al. 2020. Four-wave-mixing microscopy reveals non-colocalisation between gold nanoparticles and fluorophore conjugates inside cells. Nanoscale 12(7), pp. 4622-4635. (10.1039/C9NR08512B)
2019
- Payne, L., Zilli, A., Wang, Y., Langbein, W. and Borri, P. 2019. Quantitative high-throughput optical sizing of individual colloidal nanoparticles by wide-field imaging extinction microscopy. Presented at: SPIE BIOS, San Francisco, CA, USA, 2-7 February 2019Proceedings Volume 10892, Colloidal Nanoparticles for Biomedical Applications XIV, Vol. 108920. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) pp. 17., (10.1117/12.2507632)
2018
- Pope, I. et al. 2018. Coherent Raman Scattering microscopy: technology developments and biological applications. Presented at: 20th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bucharest, Romania, 1-5 Jul 201820th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). IEEE, (10.1109/ICTON.2018.8473706)
- Payne, L., Langbein, W. and Borri, P. 2018. Wide-field imaging of single nanoparticle extinction with sub-nm2 sensitivity. Physical Review Applied 9, article number: 34006. (10.1103/PhysRevApplied.9.034006)
2017
- Payne, L., Langbein, W. W. and Borri, P. 2017. Erratum: Polarization-resolved extinction and scattering cross-section of individual gold nanoparticles measured by wide-field microscopy on a large ensemble [Appl. Phys. Lett. 102, 131107 (2013)]. Applied Physics Letters, pp. -.
2015
- Payne, L. et al. 2015. Optical micro-spectroscopy of single metallic nanoparticles: quantitative extinction and transient resonant four-wave mixing. Faraday Discussions 184, pp. 305-320. (10.1039/C5FD00079C)
- Payne, L. M. 2015. Optical extinction and coherent multiphoton micro-spectroscopy of single nanoparticles. PhD Thesis, Cardiff University.
2014
- Pope, I. et al. 2014. Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy of single nanodiamonds. Nature Nanotechnology 9(11), pp. 940-946. (10.1038/nnano.2014.210)
2013
- Payne, L. M., Langbein, W. W. and Borri, P. 2013. Polarization-resolved extinction and scattering cross-sections of individual gold nanoparticles measured by wide-field microscopy on a large ensemble. Applied Physics Letters 102(13), article number: 131107. (10.1063/1.4800564)
Articles
- Slesiona, N., Payne, L., Pope, I., Borri, P., Langbein, W. and Watson, P. 2023. Correlative extinction and single fluorophore bleaching microscopy for ligand quantification on gold nanoparticles. Advanced Materials Interfaces 10(24), article number: 2300568. (10.1002/admi.202300568)
- Regan, D., Mavridi-Printezi, A., Payne, L., Montalti, M., Borri, P. and Langbein, W. 2023. Optical absorption and dichroism of single melanin nanoparticles †. Analyst (10.1039/d3an00654a)
- Pope, I. et al. 2023. Correlative light-electron microscopy using small gold nanoparticles as single probes. Light: Science & Applications 12, article number: 80. (10.1038/s41377-023-01115-4)
- Hamilton, S., Regan, D., Payne, L., Langbein, W. and Borri, P. 2022. Sizing individual dielectric nanoparticles with quantitative differential interference contrast microscopy. Analyst 147(8), pp. 1567-1580. (10.1039/D1AN02009A)
- Payne, L. M., Masia, F., Zilli, A., Albrecht, W., Borri, P. and Langbein, W. 2021. Quantitative morphometric analysis of single gold nanoparticles by optical extinction microscopy: material permittivity and surface damping effects. Journal of Chemical Physics 154, article number: 44702. (10.1063/5.0031012)
- Payne, L. M., Albrecht, W., Langbein, W. and Borri, P. 2020. The optical nanosizer – quantitative size and shape analysis of individual nanoparticles by high-throughput widefield extinction microscopy. Nanoscale 12(30), pp. 16215-16228. (10.1039/D0NR03504A)
- Giannakopoulou, N. et al. 2020. Four-wave-mixing microscopy reveals non-colocalisation between gold nanoparticles and fluorophore conjugates inside cells. Nanoscale 12(7), pp. 4622-4635. (10.1039/C9NR08512B)
- Payne, L., Langbein, W. and Borri, P. 2018. Wide-field imaging of single nanoparticle extinction with sub-nm2 sensitivity. Physical Review Applied 9, article number: 34006. (10.1103/PhysRevApplied.9.034006)
- Payne, L., Langbein, W. W. and Borri, P. 2017. Erratum: Polarization-resolved extinction and scattering cross-section of individual gold nanoparticles measured by wide-field microscopy on a large ensemble [Appl. Phys. Lett. 102, 131107 (2013)]. Applied Physics Letters, pp. -.
- Payne, L. et al. 2015. Optical micro-spectroscopy of single metallic nanoparticles: quantitative extinction and transient resonant four-wave mixing. Faraday Discussions 184, pp. 305-320. (10.1039/C5FD00079C)
- Pope, I. et al. 2014. Coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy of single nanodiamonds. Nature Nanotechnology 9(11), pp. 940-946. (10.1038/nnano.2014.210)
- Payne, L. M., Langbein, W. W. and Borri, P. 2013. Polarization-resolved extinction and scattering cross-sections of individual gold nanoparticles measured by wide-field microscopy on a large ensemble. Applied Physics Letters 102(13), article number: 131107. (10.1063/1.4800564)
Conferences
- Payne, L., Zilli, A., Wang, Y., Langbein, W. and Borri, P. 2019. Quantitative high-throughput optical sizing of individual colloidal nanoparticles by wide-field imaging extinction microscopy. Presented at: SPIE BIOS, San Francisco, CA, USA, 2-7 February 2019Proceedings Volume 10892, Colloidal Nanoparticles for Biomedical Applications XIV, Vol. 108920. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) pp. 17., (10.1117/12.2507632)
- Pope, I. et al. 2018. Coherent Raman Scattering microscopy: technology developments and biological applications. Presented at: 20th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bucharest, Romania, 1-5 Jul 201820th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). IEEE, (10.1109/ICTON.2018.8473706)
Thesis
- Payne, L. M. 2015. Optical extinction and coherent multiphoton micro-spectroscopy of single nanoparticles. PhD Thesis, Cardiff University.
Ymchwil
Mae nanoronynnau (NPs) yn hollbresennol yn ein hamgylchedd, o'r rhai sy'n digwydd yn naturiol megis gwrthrychau biolegol nanoraddfa fel liposomau a virions (cyrff feirysol unigol), i'r rhai a gynhyrchir fel gwastraff o blastig sy'n heneiddio neu o gymwysiadau diwydiannol, i nanoronynnau metelaidd a ddefnyddir amrywiol gymwysiadau/ymchwil. Yn y rhan fwyaf o achosion, mae deall priodweddau ffisegol, cemegol ac optegol NP yn ofyniad pwysig i ddatblygu cynhyrchu, cymhwyso neu reoli gwastraff NP yn well. Pwynt arwyddocaol o ddiddordeb yn fy ngwaith hyd yma yw datblygu microsgopeg optegol llinol a methodoleg ddadansoddi, y Nanosizer Optegol (ON), i oresgyn y capabilitau sydd ar goll ar hyn o bryd o dechnolegau presennol sy'n mynd i'r afael â nodweddu NP. Yn benodol, mae'r ON yn ceisio darparu cywirdeb TEM o ran mesuriadau siâp / maint NP, gyda thrwybwn technegau safonol y diwydiant fel gwasgaru golau deinamig. Mae gen i ddiddordeb mewn cymhwyso'r dechnoleg hon yn y sector gweithgynhyrchu NP, gan gynnwys bioleg, fel liposomau, ecsosomau a brechlynnau, yn ogystal ag mewn ymchwil dŵr ar gyfer canfod a nodweddu gwastraff NP. Yn ogystal, mae'r ON yn archwilio priodweddau optegol llinol NPs, gan gynnwys ffenomen plasmon wyneb lleol a arddangoswyd gan NPs metel, maes ymchwil diddorol arall ynddo'i hun.
Ar hyn o bryd rwy'n gweithio ar ysgrifennu laser uniongyrchol (ffotolithograffeg) yn y gweladwy (ger UV) ar donfedd o 405nm. Mae ffotolithograffeg wedi dod yn dechneg ddominyddol mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion microbrosesyddion, ond fe'i defnyddir hefyd yn fwy cyffredinol wrth gynhyrchu systemau microstrwythuredig. Bydd y setup yr ydym yn ei adeiladu nawr yn cael ei ddefnyddio i ysgrifennu strwythurau magnetig 3D i astudio pinio waliau parth a ffenomenau magnetig nanoscale eraill. Ar hyn o bryd, mae gwelliannau mewn ffotolithograffeg diffreithiant cyfyngedig yn tueddu i ganolbwyntio ar leihau datrysiad ochrol yr ysgrifennu, hy lleihau dimensiynau ochrol un pwynt ysgrifenedig, nid yn wahanol i un dot ar dudalen argraffedig. Gellir cyflawni hyn trwy leihau'r donfedd weithredu, a thrwy hynny ddatblygu fersiynau UV, UV eithafol, a phelydr-X o'r dechneg yn y sector hwn. Fodd bynnag, agwedd bwysig ar ffotolithograffeg diffreithiant-gyfyngedig nid yn unig yw dimensiynau ochrol y pwynt, ond y dimensiwn echelinol hefyd. Ar gyfer dulliau safonol, gall maint echelinol y pwynt fod tua dwywaith y naill neu'r llall o'r dimensiynau ochrol, gan arwain at gyfaint pwynt anisotropig (neu an-gymesur), ac felly'n cyfyngu ar y mathau o strwythurau, y gellir eu hysgrifennu. Felly, rwy'n helpu i ddatblygu setup sy'n gallu ysgrifennu 3-dimensiwn isotropig (pwynt sfferig) o strwythurau diffreithiant-cyfyngedig.
Bywgraffiad
Yn wreiddiol o'r Unol Daleithiau, teithiais i'r Alban i fynychu Prifysgol St Andrews a chwblhau fy ngradd MPhys yn 2010 mewn Ffiseg gyda Ffotoneg (mae'r radd yn cynnwys blynyddoedd israddedig).
Ar ôl hynny, dychwelais i'r Unol Daleithiau a threuliais tua blwyddyn yn adeiladu laserau ar gyfer Ffotoneg Industries Intl. yn Bohemia, NY, gan ennill profiad ymarferol gyda laserau pwls nanosecond gweithredu yn yr is-goch, gweladwy ac UV.
Ym mis Medi 2011, dychwelais i'r DU a dilyn fy PhD gyda'r Athro Paola Borri a Wolfgang Langbein. Cwblheais fy PhD ym mis Medi 2015 (graddio 2016).
Ers 2017, rydw i wedi bod yn bostdoc yn gweithio ar brosiectau amrywiol o dan yr Athro Borri a Langbein, yr Athro Langbein a Dr Sam Ladak, a Dr. Francesco Masia, gyda phynciau gan gynnwys microsgopeg optegol llinellol o nanoronynnau ar gyfer nodweddu nanoronynnau, microsgopeg optegol aflinol o gelloedd byw (algae), ysgrifennu laser uniongyrchol strwythurau cyfyng diffreithiant, a dyluniad / adeiladwaith setup optegol ar gyfer datblygu dyfais optoelectroneg. Ymunais â Sefydliad Ymchwil Dŵr Caerdydd yn 2022. Ar hyn o bryd rwy'n Gyd-I o brosiect ymchwil sy'n ymwneud â microsgopeg optegol llinol o liposomau ar gyfer nodweddu maint strwythurau is-500nm nad ydynt yn amsugno.
Themâu ymchwil
Arbenigeddau
- Dyfeisiau ffotonig ac electro-optegol, synwyryddion a systemau
- Priodweddau optegol deunyddiau
- Microsgopeg
- Nanoffotoneg
- Nodweddu nanoscale