Surface-enhanced Raman spectroscopy for chemical and biological sensing using nanoplasmonics: The relevance of interparticle spacing and surface morphology

拉曼散射 纳米工程 材料科学 等离子体子 纳米技术 表面增强拉曼光谱 光谱学 纳米颗粒 表面等离子体激元 表面等离子体子 拉曼光谱 光电子学 光学 物理 量子力学
作者
Vasyl Shvalya,Gregor Filipič,Janez Zavašnik,Ibrahim Abdulhalim,Uroš Cvelbar
出处
期刊:Applied physics reviews [American Institute of Physics]
卷期号:7 (3) 被引量:151
标识
DOI:10.1063/5.0015246
摘要

In this review, the weightiest decadal developments of surface-enhanced Raman scattering (SERS) and nanoplasmonic materials in sensing applications are discussed. Today, there are several well-established research directions where plasmonic detection is employed extensively, namely, food and water quality monitoring, viruses, pathogenic bacteria and hazardous toxin investigations for theranostic applications, and explosive substance detection for military and civil protection purposes. A combination of vibrational spectroscopy and surface nanoengineering has gained a reputation as a powerful weapon for rapid and accurate determination of submolecular quantities of nanoanalytes. Signal enhancement achieved by employing various metallic nanoparticles and nanostructures can be amplified significantly due to the electromagnetic field confinement effect. Localized surface plasmon waves, which are responsible for the phenomenon, promote light absorption at nanovolume, generating ‘hot spots’ with an incredibly intense and confined electromagnetic field close to the nanosculptured metallic surface. However, the formation of the hot spot network is heavily dependent on morphology, size, and spatial arrangement of plasmonic nanomaterials. Under optimal excitation conditions, the interaction between the optically induced electromagnetic field in the hot spot region and a probing analyte attached to the nanosculptured metallic substrate enlarges photon scattering cross section, increasing signal intensity by 106–1010. As a result, fast single-molecule vibrational fingerprint recording is possible. This focused review collects recent state-of-the-art developments in nanoplasmonic SERS sensing, highlighting the most efficient surface morphology designs that hold the most promise for future developments.
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