RU2709411C1 - Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света - Google Patents
Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709411C1 RU2709411C1 RU2019115228A RU2019115228A RU2709411C1 RU 2709411 C1 RU2709411 C1 RU 2709411C1 RU 2019115228 A RU2019115228 A RU 2019115228A RU 2019115228 A RU2019115228 A RU 2019115228A RU 2709411 C1 RU2709411 C1 RU 2709411C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor element
- oxide
- dielectric
- element according
- metal
- Prior art date
Links
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000003321 amplification Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 11
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 8
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N niobium dioxide Chemical compound O=[Nb]=O HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 abstract 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 5
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000007479 molecular analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003533 narcotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптических сенсоров и может быть использовано для сверхчувствительного анализа молекулярного строения вещества в разных областях. Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинированного рассеяния света включает металлическую пленку, периодически расположенные на ней элементы размером от 10 нм до 10000 нм и расстоянием между ними от 1 нм до 10000 нм и металлические наночастицы размером от 1 нм до 200 нм. Сенсорный элемент содержит дополнительный островковый или непрерывный слой диэлектрических гранул, нанесенный на поверхность металлических наночастиц, при этом диэлектрические гранулы выполнены из материала с показателем преломления большим 1 и размером от 1 нм до 10000 нм. Изобретение обеспечивает повышения чувствительности сенсорного элемента. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к области оптических сенсоров, используемых для анализа молекулярного состава вещества, для измерения химических и биологических процессов in vivo и in vitro в реальном масштабе времени и работающих на основе эффекта гигантского комбинационного рассеяния света. Изобретение может быть использовано для сверхчувствительного анализа молекулярного строения вещества в разных областях, в частности с целью повышения эффективности диагностики заболеваний, предотвращения угрозы терроризма, распространения опасных и токсичных химических веществ, наркотических веществ, контроля качества сырья в различных отраслях промышленности.
Комбинационное рассеяние (КР) света было открыто в начале XX века. Сигнал КР света содержит детальную информацию, позволяющую определять химический составе исследуемых молекул, их вторичную молекулярную структуру и даже прослеживать взаимодействие молекул. Однако сам сигнал КР очень слаб и его почти невозможно наблюдать на фоне люминесценции и других фоновых сигналов. Поворотным моментом стало открытие эффекта так называемого гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) света. Эффект ГКР заключается в том что сигнал КР усиливается если измеряемые молекулы нанесены на металлическую подложку. Усиление сигнала КР от измеряемых молекул является физической основой для разработки высокоэффективных биологических и химических сенсоров, способных регистрировать малые концентрации молекул вплоть до единичных молекул.
Экспериментальные исследования разнообразных аналитических систем, использующих эффект ГКР, показали, что для получения высокой чувствительности необходимо создавать металлические, наноструктурированные оптические структуры, в которых реализуются гигантские усиления локального электромагнитного поля. Такие системы называют плазмонными структурами. Такого рода структуры обычно содержат наноразмерные кластеры металлов или металлические наночастицы, островковые и просто шероховатые пленки металлов (как правило, серебро или золото) (см, например, патенты US №20030218744, US №6977767, US №7123359, US №6985223, European Patent №1368624, M.I. Stockman, D.J. Bergman, Phys. Rev. Lett., 91(22), 227402, 2003; D.K. Gramotnev, S.I. Bozhevolnyi, Nat. Photonics, 4(2), 83-91, 2010, J. Lee, B. Hua, Nanoscale 6, 616-623, 2014). При взаимодействии со световой волной на поверхности металлов возникают плазмонные резонансы, что приводит к гигантским флуктуациям электромагнитного поля на поверхности на субволновом масштабе (патент US №6985223, А.K. Sarychev, V.M. Shalaev, Phys. Rep. 335 (275), 2000; G. Shvets, S. Trendafilov, et al., Phys. Rev. Lett. 99, 053903, 2007). Это свойство может быть использовано для увеличения чувствительности линейной и нелинейной спектроскопии. Например, сигнал комбинационного рассеяния пропорционален четвертой степени локального электрического поля в плазмонных наноструктурах, поэтому при локальном усилении поля в 100 и более раз, комбинационное рассеяние может быть усилено в 6-9 порядков величины (см., например, J.-A. Huang, Y.-Q. Zhao et al. Nano Lett. 13(11), 5039-5045, 2013). Вместе с тем, получаемые усиленные сигналы комбинационного рассеяния не выходят на уровень предельного усиления, позволяющего определять ультранизкие концентрации аналитов. Это связано со сложностью процедур локальной адсорбции молекул-аналитов, а также, зачастую, с наличием больших потерь в металлических наночастицах, которые вызывают выделение большого количества тепла и вследствие этого деградацию сенсоров (см., например, G. Naik, V. Shalaev et al., Adv. Mater. 25, 3264-3294, 2013). Кроме того, полностью металлические наноструктурированные поверхности обладают паразитной химической активностью, что приводит также к быстрой деградации ГКР сенсоров.
Островковые и шероховатые кластеры металлов, распределенные случайным образом, обладают малой селективностью, которая заключается в усилении сигнала комбинационного рассеяния от всех молекул-аналитов, чьи колебательные моды находятся в области плазмонных резонансов металлических кластеров.
Отсутствие порядка КР-активной поверхности приводит к невозможности оптимизировать частоту и ширину резонансной кривой, а значит не позволяет с высокой точностью усиливать конкретные спектральные линии молекул-аналитов. Для этих целей используют поверхности с регулярными наноструктурами, которые изготавливаются, например, методом электронно-лучевой литографии (см., например, М. Cottat, N. Lidgi-Guigui et al., Nanoscale Rep.Lett. 9, 623 (2014).
Известен тип двумерных и трехмерных периодических наноструктур, реализующих фокусировку гигантских электромагнитных полей на поверхности за счет возбуждения плазмонных резонансов на заданных частотах (см. например, D.A. Genov, А.K. Sarychev, V.M. Shalaev, and A. Wei, Resonant Field Enhancement from Metal Nanoparticle Arrays, Nano Letters 4, 153-158, (2004).W.-D. Li, F. Ding et al., Opt. Express 19 (5), 3925-2936 (2011); N. Mattiucci, G. 
et al., Opt. Express 20(2), 1868-1877 (2012); J.-A. Huang, Y.-Q. Zhao et al. Nano Lett. 13(11), 5039-5045 (2013), патент US 7351588).
Известен чувствительный элемент сенсора для молекулярного анализа (патент РФ №2524453), выполненный в виде регулярной щелевой кремниевой структуры, параметры которой подобраны таким образом, чтобы усиливать основные спектральные линии комбинационного рассеяния тетрахлорида углерода.
Однако недостатком данного изобретения является его ограниченная селективность, потому что для усиления каждой из основных спектральных линий комбинационного рассеяния вещества, необходимо применять свой набор чувствительных элементов сенсора с разными геометрическими параметрами - периодом и глубиной.
Помимо недостаточной селективности, почти во всех вышеупомянутых наноструктурированных поверхностях не достигается достаточно высокий уровень сигнала комбинационного рассеяния.
На повышение селективности сенсорных элементов на основе эффекта ГКР и усиление сигнала гигантского комбинационного рассеяния от молекул-аналитов направлено техническое решение, раскрытое в RU 2017105831 (опуб. 22.08.2018). Изобретение основано на использовании периодических диэлектрических нано резонаторных структур для возбуждения коллективных интерференционных волн. Металлические включения играют роль наноантен, фокусирующих падающее излучение и возбуждают в системе плазмонный резонанс, а диэлектрические структуры возбуждают диэлектрический резонанс. Комбинация диэлектрических структур с металлическими включениями позволяет получить коллективный эффект.
При всех преимуществах описанного решения актуальной остается задача дополнительного усиления описанного эффекта.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в повышении чувствительности сенсорного элемента.
Для достижения технического результата предлагается дополнительно наносить на поверхность металла диэлектрический слой, образованный диэлектрическими гранулами. Диэлектрические гранулы представляют собой частицы размером от 1 нм до 10000 нм, выполненные из материала с показателем преломления больше 1. Диэлектрический слой может быть непрерывным при высокой концентрации диэлектрических гранул, когда диэлектрические гранулы касаются друг друга на всей поверхности.
Суть заявленного изобретения поясняется иллюстрирующими материалами, где
на фиг. 1 показана принципиальная схема сенсорного элемента с диэлектрическими гранулами;
на фиг. 2 показана принципиальная схема сенсорного элемента с непрерывным диэлектрическим слоем;
на фиг. 3 приведен фрагмент (период, элементарная ячейка) сенсорного элемента с диэлектрическими гранулами;
на фиг. 4 приведен фрагмент (период, элементарная ячейка) сенсорного элемента с непрерывным диэлектрическим слоем;
на фиг. 5 кривая зависимости резонансной частоты и добротности резонатора в виде металлической сферической частицы, окруженной диэлектрическим слоем от толщины диэлектрического слоя.
Сенсорный элемент (фиг. 1, 2) представляет собой многослойное структурированное устройство с сенсорной поверхностью. Сенсорный элемент включает металлическую пленку 1, периодическим образом структурированные диэлектрические элементы 2, на которых размещены металлические наночастицы 3. Металл 3 может быть выполнен в виде наночастиц с концентрацией частиц меньшей или равной порогу перколяции. При концентрации частиц металла меньшей порога перколяции, металл представляет собой полунепрерывную, островковую металлическую пленку (фиг. 1, 3), при концентрации равной порогу перколяции металлическая пленка является непрерывной (фиг. 2, 4).
В отличие от ближайшего аналога в заявленном изобретении предлагается наносить на поверхность металлических наночастиц 3 с разным фактором заполнения, дополнительный диэлектрический слой, образованный диэлектрическими гранулами 4 (фиг. 1, 3). При высокой концентрации диэлектрических гранул 4, когда диэлектрические гранулы касаются друг друга на всей поверхности может образовываться непрерывный диэлектрический слой (фиг. 2, 4).
Дополнительный диэлектрический слой 4 (непрерывный или островковый) приводит к усилению сигнала и, следовательно, увеличивает чувствительность сенсорного элемента.
Металлическая пленка 1 характеризуется выполнением из металлов по выбору золото (Au), серебро (Ag), алюминий (Al), медь (Cu), платина (Pt), нитрид титана (TiN).
Структурированные диэлектрические элементы 2 выполнены из материала с показателем преломления большим 1 по выбору: кремния (Si), оксида кремния (SiO2), полиметилметакрилата (ПММА), оксида церия (CeO2), оксида цинка (ZnO2), оксида олова (SnO2), оксида титана (TiO2), оксида кадмия (CdO2), оксида ниобия (NbO2) и др. Элементы 2 могут быть выполнены в сферической, цилиндрической, эллипсоидальной, тороидальной, конусообразной формах или в виде многогранников с 4-мя и более гранями. Размеры элементов могут быть в интервале значений от 10 нм до 10000 нм, а расстояние между элементами от 1 нм до 10000 нм.
Металлические наночастицы 3 с размером от 1 нм до 200 нм выполнены в сферической, эллипсоидальной, цилиндрической форах, в форме многогранников с 4-мя и более гранями, в форме звездчатых многогранников из золота (Au), серебра (Ag), алюминия (Al), меди (Cu), платины (Pt) или нитрида титана (TiN). Геометрические параметры элементов 3 могут совпадать или быть отличными.
Диэлектрические гранулы 4 могут быть выполнен из любого материала с показателем преломления n>1, включая кремний (Si), оксид кремния (SiO2), полиметилметакрилат (ПММА), оксида цери (CeO2), оксида цинк (ZnO2), оксид олова (SnO2), оксид титана (TiO2), оксид кадмия (CdO2), оксид ниобия (NbO2) и др. Размер частиц/толщина поверхностного диэлектрического слоя 4 может варьироваться от 1 нм до 10000 нм.
Взаимное расположение элементов 2, металлических наночастиц 3 и диэлектрических гранул 4 выбирают таким образом, чтобы добиться плазмонного и диэлектрического резонансов на выбранной частоте.
Чувствительность сенсорного элемента определяется уровнем усиления сигнала комбинационного рассеяния света. Дополнительное увеличение добротности металлического резонатора, которым является металлическая частица в оптической области электромагнитного спектра, объясняется расчетным графиком на фиг. 5. Представим, что имеется металлическая наночастица из золота радиуса 50, 100 нм, окруженная равномерным слоем диэлектрика с показателем преломления n=4 (соответствует показателю преломления кремния). На фиг. 5 показана зависимость резонансной частоты в виде оранжевой и коричневой кривых и добротности резонатора - зеленая и красная кривые в зависимости от толщины диэлектрического слоя. Красная и коричневая кривые соответствуют наночастице с радиусом 50 нм, оранжевая и зеленая - наночастице с радиусом 100 нм. Из графика видно, что по мере увеличения толщины слоя диэлектрического слоя, возрастает и добротность такого металлодиэлектрического резонатора, и при толщине диэлектрического слоя, равному диаметру золотой наночастицы (для наночастицы диаметром 100 нм), добротность увеличивается почти в 10 раз. Так как коэффициент усиления сигнала комбинационного рассеяния (КР) света пропорционален четвертой степени добротности, это означает, сигнал КР вырос в 104 раз. Таким образом, нанесение дополнительного диэлектрического слоя 4 на поверхность металлических наночастиц 3 способно увеличить чувствительность сенсорного элемента в 104 и более раз.
1. R.L. Armstrong, V.M. Shalaev, H.V. Smith, A.K. Sarychev, Z.C. Ying, Optical Devices and Methods Employing Nanoparticles, Microcavities, And Semicontinuous Metal Films, European Patent 1368624, (2003).
2. A.K. Sarychev, V.A. Podolskiy, A.M. Dykhne, and V.M. Shalaev, Plasmonic nanophotonics methods, materials, and apparatuses, U.S. Patent No 6,977,767, 12/20/2005.
3. A.K. Sarychev, S. Rowson, and L.J. Reading, Antenna Element-Counterpoise Arrangement in an Antenna, U.S. Patent Appl. 20060220966 (2005).
4. V.P. Drachev, V.M. Shalaev, and A.K. Sarychev, Raman Imaging and Sensing Apparatus Employing Nanoantennas, U.S. Patent No 6,985,223, 01/10/2006.
5. R.L. Armstrong, V.M. Shalaev, H.V. Smith, A.K. Sarychev, Z.C. Ying, Optical Devices and Methods employing Nanoparticles, Microcavities, and Semicontinuous Metal Films, US Patent No 7,123,359, 17/10/2006.
Claims (8)
1. Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света, представляющий собой многослойную структуру с сенсорной поверхностью, включающую металлическую пленку, периодически расположенные на ней диэлектрические элементы размером от 10 нм до 10000 нм и расстоянием между ними от 1 нм до 10000 нм и металлические наночастицы размером от 1 нм до 200 нм, отличающийся тем, что содержит дополнительный островковый или непрерывный слой диэлектрических гранул, нанесенный на поверхность металлических наночастиц, при этом диэлектрические гранулы выполнены из материала с показателем преломления, большим 1, и размером от 1 до 10000 нм.
2. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что металлическая пленка (1) выполнена по выбору из золота (Au), серебра (Ag), алюминия (Al), меди (Cu), платины (Pt), нитрида титана (TiN).
3. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что периодически расположенные на металлической пленке (1) диэлектрические элементы (2) выполнены из материала с показателем преломления, большим 1, по выбору из кремния (Si), оксида кремния (SiO2), полиметилметакрилата (ПММА), оксида церия (CeO2), оксида цинка (ZnO2), оксида олова (SnO2), оксида титана (TiO2), оксида кадмия (CdO2), оксида ниобия (NbO2).
4. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрические элементы (2) выполнены в сферической, цилиндрической, эллипсоидальной, тороидальной, конусообразной формах или в виде многогранников.
5. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что металлические наночастицы (3) выполнены в сферической, эллипсоидальной, цилиндрической формах, в форме многогранников, в форме звездчатых многогранников, при этом геометрические параметры наночастиц (3) могут совпадать или быть отличными.
6. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что металлические наночастицы (3) выполнены из золота (Au), серебра (Ag), алюминия (Al), меди (Cu), платины (Pt) или нитрида титана (TiN).
7. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрические гранулы (4) выполнены из материала по выбору кремния (Si), оксида кремния (SiO2), полиметилметакрилата (ПММА), оксида церия (CeO2), оксида цинка (ZnO2), оксида олова (SnO2), оксида титана (TiO2), оксида кадмия (CdO2), оксида ниобия (NbO2).
8. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что взаимное расположение элементов (2), металлических наночастиц (3) и диэлектрических гранул (4) выбирают таким образом, чтобы добиться плазмонного и диэлектрического резонансов на выбранной частоте.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115228A RU2709411C1 (ru) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115228A RU2709411C1 (ru) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709411C1 true RU2709411C1 (ru) | 2019-12-17 |
Family
ID=69006945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019115228A RU2709411C1 (ru) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | Сенсорный элемент для дополнительного селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709411C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821972C1 (ru) * | 2023-08-07 | 2024-06-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ формирования пленки оксинитрида титана TiON термическим окислением плазмонного материала |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7351588B2 (en) * | 2004-05-19 | 2008-04-01 | Vladimir Poponin | Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by SERS |
| US20080129980A1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | North Carolina State University | In-line fiber optic sensor devices and methods of fabricating same |
| RU2572801C1 (ru) * | 2015-01-14 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Химически модифицированный планарный оптический сенсор, способ его изготовления и способ анализа полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений с его помощью |
| RU2017105831A (ru) * | 2017-02-22 | 2018-08-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Биоплазмоника" (ООО "Биоплазмоника") | Сенсорный элемент для селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света |
-
2019
- 2019-05-16 RU RU2019115228A patent/RU2709411C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7351588B2 (en) * | 2004-05-19 | 2008-04-01 | Vladimir Poponin | Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by SERS |
| US20080129980A1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | North Carolina State University | In-line fiber optic sensor devices and methods of fabricating same |
| RU2572801C1 (ru) * | 2015-01-14 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Химически модифицированный планарный оптический сенсор, способ его изготовления и способ анализа полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений с его помощью |
| RU2017105831A (ru) * | 2017-02-22 | 2018-08-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Биоплазмоника" (ООО "Биоплазмоника") | Сенсорный элемент для селективного усиления сигнала гигантского комбинационного рассеяния света |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821972C1 (ru) * | 2023-08-07 | 2024-06-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ формирования пленки оксинитрида титана TiON термическим окислением плазмонного материала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Moradiani et al. | Systematic engineering of a nanostructure plasmonic sensing platform for ultrasensitive biomaterial detection | |
| Kanipe et al. | Large format surface-enhanced Raman spectroscopy substrate optimized for enhancement and uniformity | |
| Hwang et al. | Surface plasmon polariton enhanced fluorescence from quantum dots on nanostructured metal surfaces | |
| Gordon et al. | A new generation of sensors based on extraordinary optical transmission | |
| Tabatabaei et al. | Tunable 3D plasmonic cavity nanosensors for surface-enhanced Raman spectroscopy with sub-femtomolar limit of detection | |
| KR101168654B1 (ko) | 표면 증강 라만 산란에 의한 화학기의 증강된 검출을 위한 층상의 플라즈몬 구조를 가진 광센서 | |
| Badugu et al. | Radiative decay engineering 7: Tamm state-coupled emission using a hybrid plasmonic–photonic structure | |
| Bahramipanah et al. | Ultracompact plasmonic loop–stub notch filter and sensor | |
| US20130286467A1 (en) | Multiscale light amplification structures for surface enhanced raman spectroscopy | |
| Gillibert et al. | Directional surface enhanced Raman scattering on gold nano-gratings | |
| Zheng et al. | An ultranarrow SPR linewidth in the UV region for plasmonic sensing | |
| Sreekanth et al. | Hyperbolic metamaterials-based plasmonic biosensor for fluid biopsy with single molecule sensitivity | |
| Sun et al. | Self-referenced refractive index sensor based on hybrid mode resonances in 2D metal-dielectric grating | |
| Chen et al. | Theoretical study of surface plasmonic refractive index sensing based on gold nano-cross array and gold nanofilm | |
| Live et al. | Angle-dependent resonance of localized and propagating surface plasmons in microhole arrays for enhanced biosensing | |
| WO2018039141A1 (en) | Surface enhanced raman spectroscopy (sers) structure for double resonance output | |
| Evans et al. | Plasmonic core/shell nanorod arrays: subattoliter controlled geometry and tunable optical properties | |
| Shioi et al. | Tuning the interaction between propagating and localized surface plasmons for surface enhanced Raman scattering in water for biomedical and environmental applications | |
| Wagner et al. | Towards multi-molecular surface-enhanced infrared absorption using metal plasmonics | |
| JP5014441B2 (ja) | 誘電体粒子を含む電界増強構造とその電界増強構造を含む装置及びその使用方法 | |
| CN104034658B (zh) | 分析装置及方法、光学元件及其设计方法以及电子设备 | |
| Urbancova et al. | 2D polymer/metal structures for surface plasmon resonance | |
| Dab et al. | Design of a plasmonic platform to improve the SERS sensitivity for molecular detection | |
| Kumela et al. | A review on hybridization of plasmonic and photonic crystal biosensors for effective cancer cell diagnosis | |
| Mühlig et al. | Stacked and tunable large-scale plasmonic nanoparticle arrays for surface-enhanced Raman spectroscopy |