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Synergistic plasmon resonance coupling and light capture in ordered nanoarrays as ultrasensitive and reproducible SERS substrates.
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-06-17 , DOI: 10.1039/d0nr02972f Weidong Zhao 1 , Yuxian Zhang , Jiajia Yang , Jinming Li , Yun Feng , Maohua Quan , Zhou Yang , Shuyuan Xiao
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-06-17 , DOI: 10.1039/d0nr02972f Weidong Zhao 1 , Yuxian Zhang , Jiajia Yang , Jinming Li , Yun Feng , Maohua Quan , Zhou Yang , Shuyuan Xiao
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An effective SERS substrate for on-field detection needs to satisfy high sensitivity to analyte and signal reproducibility even in the special case of tilting or bending of substrates. Herein, we transferred monolayer AuNPs into a nanocavity to construct a Au particle-in-hemispherical honeycomb nanoarray (PIHHN) as an ultrasensitive and spatially reproducible SERS substrate. The capacity of detection for R6G in an optimal PIHHN substrate is as low as a concentration of 10−15 M, and the RSD of signal deviation is no more than 5.6%. FDTD simulations explain that placing AuNPs into a metallic nanocavity can capture and focus the light field to improve the interaction between the light and the substrate and provide the collective effect of multiple plasmon coupling, which can induce a stronger electromagnetic field. In addition, the system can generate more hot spots between AuNPs and between AuNPs and the metallic nanocavity. In particular, when the substrate is tilted or bent at an angle from 0° to 60°, the SERS performance remains stable due to the rotational symmetry of the PIHHN structure, which demonstrates the capability of on-field detection. Furthermore, the PIHHN substrate is employed as a highly sensitive multiplex sensor in on-field analysis for contaminated soil, achieving the detection of analytes down to 0.5 ppb.
中文翻译：
协同等离子体共振共振耦合和光捕获在有序纳米阵列中作为超敏感和可再现的SERS底物。
一种有效的用于现场检测的SERS基板，即使在基板倾斜或弯曲的特殊情况下，也需要满足对分析物和信号重现性的高灵敏度要求。在本文中，我们将单层AuNPs转移到纳米腔中，以构建Au颗粒半球形蜂窝纳米阵列（PIHHN）作为超灵敏且在空间上可再现的SERS底物。最佳PIHHN底物中R6G的检测能力低至10 -15浓度M，且信号偏差的RSD不超过5.6％。FDTD模拟解释说，将AuNPs放入金属纳米腔中可以捕获并聚焦光场，以改善光与基板之间的相互作用，并提供多重等离子体耦合的集体效应，从而可以产生更强的电磁场。另外，该系统可以在AuNP之间以及AuNP与金属纳米腔之间产生更多的热点。特别地，当基板以0°到60°的角度倾斜或弯曲时，由于PIHHN结构的旋转对称性，SERS性能保持稳定，这证明了现场检测的能力。此外，PIHHN底物在污染土壤的现场分析中被用作高灵敏度的多路传感器，实现了低至0的分析物的检测。
更新日期：2020-06-17
中文翻译：
协同等离子体共振共振耦合和光捕获在有序纳米阵列中作为超敏感和可再现的SERS底物。
一种有效的用于现场检测的SERS基板，即使在基板倾斜或弯曲的特殊情况下，也需要满足对分析物和信号重现性的高灵敏度要求。在本文中，我们将单层AuNPs转移到纳米腔中，以构建Au颗粒半球形蜂窝纳米阵列（PIHHN）作为超灵敏且在空间上可再现的SERS底物。最佳PIHHN底物中R6G的检测能力低至10 -15浓度M，且信号偏差的RSD不超过5.6％。FDTD模拟解释说，将AuNPs放入金属纳米腔中可以捕获并聚焦光场，以改善光与基板之间的相互作用，并提供多重等离子体耦合的集体效应，从而可以产生更强的电磁场。另外，该系统可以在AuNP之间以及AuNP与金属纳米腔之间产生更多的热点。特别地，当基板以0°到60°的角度倾斜或弯曲时，由于PIHHN结构的旋转对称性，SERS性能保持稳定，这证明了现场检测的能力。此外，PIHHN底物在污染土壤的现场分析中被用作高灵敏度的多路传感器，实现了低至0的分析物的检测。
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