Optrævling af optiske parametre:Ny metode til at optimere plasmonforstærket spektroskopi

Plasmonforstærket spektroskopi gør det muligt for forskere at nå enkeltmolekylefølsomhed og en lateral opløsning helt ned til submolekylær opløsning. En stor udfordring for at blive et brugervenligt analyseværktøj er dog, at forskerne har manglet forståelse for de fleste relevante eksperimentelle parametre med hensyn til teknologien. To forskere fra Jena, Tyskland præsenterer nu en metode til at optrevle plasmoniske egenskaber under eksperimentet og dermed give en pålidelig tilgang til at undersøge og direkte optimere eksperimentelle forhold.

For at udforske nanoskalaen langt ud over den optiske opløsningsgrænse, tip-forstærket Raman-spektroskopi (TERS) er almindeligt anerkendt som en vigtig, men stadig ny teknik. Ved at bruge denne markørfri spektroskopiske metode får forskere indsigt i den strukturelle og kemiske sammensætning af overflader med opløsning i nanoskala, som ikke er tilgængelige med andre metoder. Eksempler, hvor sådanne opløsningsspektroskopier i nanoskala er afgørende, er strukturelle undersøgelser:af nye materialer (f.eks. diamantlag, 2-D materialer osv.), af proteinaggregater, af triggere for sygdomme som diabetes type II eller Alzheimers, eller endda af katalytiske reaktioner på arbejdet. Imidlertid, videnskabsmænds manglende forståelse af afgørende parametre for selve sonden begrænser stadig potentialet for TERS som et brugervenligt analytisk værktøj. Indtil nu har forskere ikke været i stand til at optrevle de mest fundamentalt relevante eksperimentelle parametre som spidsens overfladeplasmonresonans, opvarmning på grund af temperaturstigning i nærområdet, og linket til rumlig opløsning.

I et nyt blad i Lys:Videnskab og anvendelse , et forskerhold fra Jena, Tyskland præsenterer nu den første tilgængelige metode til at få hidtil uset indsigt i den plasmoniske aktivitet af en enkelt nanopartikel under et typisk TERS-eksperiment. Prof. Volker Deckert fra Leibniz Institute of Photonic Technology, Jena, og Dr. Marie Richard-Lacroix fra Friedrich Schiller University Jena foreslår en ligetil og rent eksperimentel metode til at vurdere plasmonresonans og nærfeltstemperatur, der udelukkende opleves af de molekyler, der direkte bidrager til TERS-signalet. Ved at bruge standard TERS eksperimentelt udstyr, forskerne evaluerer den detaljerede nærfelts optiske respons, både på molekylært niveau og som en funktion af tid ved at sondere Stokes- og anti-Stokes-spektralintensiteterne samtidigt. Dette gør dem i stand til at karakterisere de optiske egenskaber af hver enkelt TERS-spids under målingen.

"Den foreslåede metode kunne være et vigtigt skridt til at forbedre anvendeligheden af ​​TERS i den daglige drift, " Prof. Deckert forklarer. "De faktiske forhold, som molekylerne udsættes for fra det ene eksperiment til det næste, kan nu undersøges og optimeres direkte, i realtid, og på prøveskalaen." Dette er især relevant, når det kommer til at undersøge biologiske prøver som proteiner, der ikke kan tåle høje temperaturer.

"Så vidt vi ved, ingen anden tilgængelig metodologi åbner adgang til en så stor mængde information om plasmonaktiviteten under et typisk TERS-eksperiment, " siger Dr. Richard-Lacroix.

"Vi mener, at denne metodologi vil bidrage til at forbedre nøjagtigheden af ​​teoretiske modeller og lette enhver eksperimentel plasmonisk undersøgelse og anvendelsen af ​​TERS inden for nanoskala termometri, " forudser forskerne.