SERS-подложки для усиления комбинационного рассеяния

Вероятность Рамановского рассеяния чрезвычайно низкая – поэтому для детектирования низких концентраций веществ необходимо усиливать локальное электромагнитное поле вблизи исследуемых молекул.

Термин SERS (surface-enhanced Raman scattering) или в русской литературе ГКР (гигантское комбинационное рассеяние) означает значительное усиление электромагнитного поля вблизи металлических поверхностей наномасштаба.

В основе SERS-эффекта лежит многократное (в 106 – 1012 раз) усиление сигнала комбинационного (неупругого) рассеяния света. В настоящее время общеприняты два механизма возникновения SERS: электромагнитный и химический.

Электромагнитный механизм усиления сигнала, предполагающий присутствие молекул анализируемого вещества вблизи наночастиц металла, вносит наибольший вклад в его формирование. Это реализуется благодаря плазмонному резонансу в наночастицах или возбуждению поверхностных плазмон-поляритонных волн на наноструктурированной границе раздела металла и диэлектрика.

Химический механизм формирования SERS обусловлен взаимодействием (хемосорбцией) молекул анализируемого вещества с металлическими наноструктурами. Однако его доля в усилении сигнала незначительна по сравнению с электромагнитным вкладом.

Эффект SERS несмотря на свой короткодействующий механизм усиления может быть использован для создания оптических биосенсоров на его основе. Использование SERS в качестве метода детекции меток в диагностических системах (ПЦР, ИФА, тест-полоски) позволяет увеличить чувствительность метода и сделать систему мультиплексной.

Типы SERS-субстратов:

1. коллоидные наночастицы;
2. нанопериодические литографические металл-диэлектрические массивы;
3. наноостровковые SERS-подложки