用于光波导倏逝场激发的SERS纳米结构制作

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表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)是一种高灵敏度的表面检测技术,入射光和待检测分子发生相互作用后,根据散射光的拉曼光谱可以准确,快速的对分子的结构进行特一性检测。随着拉曼光谱的研究发展,拉曼光谱更多的被应用到实际生活中,癌症检测,药物分析,环境污染,毒品检测以及爆炸物等,范围很广,具有很大程度上的意义价值,因此一直受到人们的青睐。表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)是基于金属纳米颗粒的局域表面等离子共振效应(Localized surface plasmon resonance,LSPR)来实现拉曼光谱的增强,对于表面拉曼散射效应而言,分子的散射光谱特别低,要去实现待检测分子的鉴定,必须实现拉曼散射光谱的增强,贵金属纳米阵列结构基底的制作是最有效的方法。对于金属材料,当结构尺寸限制在100nm以内时,在入射光的光照下,金属表面的自由电子会产生定向移动,导致金属纳米颗粒的外层电子发生集体振荡,在金属颗粒附近形成极大的局域场,当入射光的频率与金属电子的振荡频率相匹配时,金属表面附近所形成的局域场的场强将会达到最大,当待检测的物质分子置于该增强区域时,分子的拉曼散射光谱将会得到极大的增强,表面增强拉曼散射光谱是目前能够检测单分子并且确定其化学结构的唯一技术手段。论文中,我们要利用电子束光刻机在硅片上光刻区域面积为25μm×25μm的金圆柱阵列结构,因此我们首先需要确定金圆柱阵列结构的参数---金圆柱结构的表面半径r,相邻金圆柱之间的距离d等。我们首先利用仿真模拟软件Comsol,模拟在光照下,金柱纳米阵列结构所激发的局域场强的最佳参数:入射光源的频率v,金圆柱的半径r以及相邻金圆柱表面之间的间距d,然后通过深圳大学光电工程学院重点实验室的飞秒激光器以及深圳大学光电中心的电子束光刻机,真空多腔镀膜仪等仪器进行金属纳米阵列结构的加工制作,以“上海源叶生物有限公司”生产的Cy5试剂染料作为待检测样品,以加工制作的金属纳米阵列结构为检测基底,进行Cy5试剂的拉曼光谱检测,将所得到的Cy5试剂拉曼的光谱与标准的Cy5试剂的拉曼光谱进行前后光谱强度的对比,证实金属纳米阵列结构所激发产生的局域场强可以增强分子的拉曼散射光谱,最终将金属纳米阵列结构制作在光波导表面,利用光波导的倏逝场作为激发光源,进行Cy5荧光染料的拉光谱增强效应的探讨。
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