Forståelse af sekundær lysemission fra plasmoniske nanostrukturer kan forbedre medicinsk billeddannelse

Anvendelser inden for billeddannelse og sensing involverer typisk emission af lys ved en anden bølgelængde end excitationen, eller "sekundær lysemission". Fortolkningen af ​​resonans sekundær lysemission i form af fundamentale processer har været kontroversiel i 40 år. I dette arbejde, forskere fandt ud af, at resonant elektronisk Raman -spredning og resonansfluorescens begge kan være nyttige beskrivelser af den sekundære emission.

"Plasmoniske nanostrukturer er af stor aktuel interesse som kemiske sensorer, in vivo billeddannelsesmidler, og til fototermisk behandling, " forklarede David G. Cahill, en Willett-professor og leder af afdelingen for materialevidenskab og teknik ved University of Illinois i Urbana-Champaign. "Anvendelser inden for billeddannelse og sansning involverer typisk emission af lys ved en anden bølgelængde end excitationen, eller 'sekundær lysemission'. Fortolkningen af ​​resonans sekundær lysemission i form af fundamentale processer har været kontroversiel i 40 år."

"I dette arbejde, vi påpeger, at resonant elektronisk Raman-spredning og resonant fluorescens begge kan være nyttige beskrivelser af den sekundære emission, Cahill tilføjede. "Bedre forståelse af disse principper og deres begrænsninger kan resultere i forbedrede biologiske og medicinske billeddannelsesmodaliteter."

Fluorescens er en forholdsvis velkendt proces, hvorved lys af en farve eller bølgelængde absorberes af et materiale, f.eks., et organisk farvestof eller en fosfor, og så udsendes lys i en anden farve efter et kort tidsinterval. I Raman-spredning, lysets bølgelængde forskydes til en anden farve i en øjeblikkelig spredningshændelse. Raman-spredning er ikke almindelig i hverdagen, men er et kritisk værktøj i analytisk kemi.

"Lysemission fra plasmoniske nanostrukturer ved bølgelængder, der er kortere end bølgelængden af ​​pulseret laserexcitation, beskrives typisk som den samtidige absorption af to fotoner efterfulgt af fluorescens, som bruges meget i biologisk billeddannelse, " forklarede Jingyu Huang, første forfatter til papiret, der vises i Procedurer fra National Academy of Sciences . "Imidlertid, vi fandt ud af, at ved at modellere emissionen som Raman-spredning fra elektron-hul-par kan forudsige, hvordan lysemissionen afhænger af lasereffekt, pulsvarighed, og bølgelængde.

"Da vi forstår mere af mekanismen i denne form for lysmission, vi kan hjælpe med at designe de biologiske og medicinske billeddiagnostiske eksperimenter bedre, og samtidig kan vi også have mere indsigt i den brede baggrund af overfladeforstærket Raman-spredning, som også er relateret til denne form for lysemission, Tilføjede Huang.