Abstract A novel metallic nanostructure for efficient plasmon-enhanced fluorescence readout of biomolecular binding events on the surface of a solid sensor chip is reported. It is based on gold multiperiod plasmonic grating (MPG) that supports spectrally narrow plasmonic resonances centered at multiple distinct wavelengths. They originate from diffraction coupling to propagating surface plasmons (SPs) forming a delocalized plasmonic hotspot associated with enhanced electromagnetic field intensity and local density of optical states at its surface. The supported SP resonances are tailored to couple with the excitation and emission transitions of fluorophores that are conjugated with the biomolecules and serve as labels. By the simultaneous coupling at both excitation and emission wavelengths, detected fluorescence intensity is enhanced by the factor of 300 at the MPG surface, which when applied for the readout of fluorescence immunoassays translates to a limit of detection of 6 fM within detection time of 20 min. The proposed approach is attractive for parallel monitoring of kinetics of surface reactions in microarray format arranged on a macroscopic footprint. The readout by epi-fluorescence geometry (that inherently relies on low numerical aperture optics for the imaging of the arrays) can particularly take advantage of the reported MPG. In addition, the proposed MPG nanostructure can be prepared in scaled up means by UV-nanoimprint lithography for future practical applications.

中文翻译：

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用于超灵敏荧光生物传感的多共振等离子体纳米结构

摘要 报道了一种新型金属纳米结构，用于有效读取固体传感器芯片表面生物分子结合事件的等离子体增强荧光。它基于金多周期等离子体光栅 (MPG)，支持以多个不同波长为中心的窄光谱等离子体共振。它们起源于与传播表面等离子体 (SP) 的衍射耦合，形成离域等离子体热点，与增强的电磁场强度和其表面的局部光学状态密度相关。支持的 SP 共振经过定制，以与与生物分子结合并用作标记的荧光团的激发和发射跃迁耦合。通过同时耦合激发和发射波长，检测到的荧光强度在 MPG 表面增强了 300 倍，当应用于荧光免疫测定的读数时，在 20 分钟的检测时间内转化为 6 fM 的检测限。所提出的方法对于在宏观足迹上排列的微阵列格式的表面反应动力学的并行监测很有吸引力。落射荧光几何的读数（本质上依赖于低数值孔径光学器件进行阵列成像）可以特别利用报告的 MPG。此外，所提出的 MPG 纳米结构可以通过 UV 纳米压印光刻以放大的方式制备，以用于未来的实际应用。当应用于荧光免疫分析的读数时，在 20 分钟的检测时间内转化为 6 fM 的检测限。所提出的方法对于在宏观足迹上排列的微阵列格式的表面反应动力学的并行监测很有吸引力。落射荧光几何的读数（本质上依赖于低数值孔径光学器件进行阵列成像）可以特别利用报告的 MPG。此外，所提出的 MPG 纳米结构可以通过 UV 纳米压印光刻以放大的方式制备，以用于未来的实际应用。当应用于荧光免疫分析的读数时，在 20 分钟的检测时间内转化为 6 fM 的检测限。所提出的方法对于在宏观足迹上排列的微阵列格式的表面反应动力学的并行监测很有吸引力。落射荧光几何的读数（本质上依赖于低数值孔径光学器件进行阵列成像）可以特别利用报告的 MPG。此外，所提出的 MPG 纳米结构可以通过 UV 纳米压印光刻以放大的方式制备，用于未来的实际应用。落射荧光几何的读数（本质上依赖于低数值孔径光学器件进行阵列成像）可以特别利用报告的 MPG。此外，所提出的 MPG 纳米结构可以通过 UV 纳米压印光刻以放大的方式制备，以用于未来的实际应用。落射荧光几何的读数（本质上依赖于低数值孔径光学器件进行阵列成像）可以特别利用报告的 MPG。此外，所提出的 MPG 纳米结构可以通过 UV 纳米压印光刻以放大的方式制备，用于未来的实际应用。