På vänster sida visas en schematisk vy av ett spetsförstärkt Raman-spridningsexperiment (TERS). En metalliserad AFM-sond förs i nära anslutning till en provyta, en laser fokuseras på spets-prov-gränssnittet. En sådan inställning gör det möjligt att erhålla vibrationsspektra (Raman-spektra) för en extremt liten region, så liten som en enda molekyl eller till och med en enkelbindning. Ett exempel på så kallade Stokes- och Anti-Stokes-områden av spektra som erhålls genom ett sådant experiment visas i den övre högra kolumnen. En grundlig bedömning av spektra, som författarna visar, gör det möjligt att erhålla de strukturkänsliga Raman-spektra och synkront de specifika plasmonresonansegenskaperna för den speciella spetsen och respektive temperatur. På detta sätt avslöjas spetsinducerade förändringar under en mätning, vilket förbättrar förståelsen av experimentet avsevärt. Kredit:Marie Richard-Lacroix och Volker Deckert
Plasmonförstärkt spektroskopi gör det möjligt för forskare att nå en molekylär känslighet och en lateral upplösning även ner till submolekylär upplösning. En stor utmaning för att det ska bli ett användarvänligt analysverktyg är dock att forskarna har saknat förståelse för de flesta relevanta experimentella parametrar med avseende på tekniken. Två forskare från Jena, Tyskland presenterar nu en metod för att reda ut plasmoniska egenskaper under experimentet och därmed tillhandahålla ett tillförlitligt tillvägagångssätt för att undersöka och direkt optimera experimentella förhållanden.
För att utforska nanoskalan långt bortom den optiska upplösningsgränsen, spetsförstärkt Raman-spektroskopi (TERS) är allmänt erkänt som en viktig men fortfarande framväxande teknik. Med denna markörfria spektroskopiska metod får forskare insikter i den strukturella och kemiska sammansättningen av ytor med nanoskalaupplösning som inte är tillgängliga med andra metoder. Exempel där sådana upplösningsspektroskopier i nanoskala är avgörande är strukturella undersökningar:av nya material (t.ex. diamantlager, 2D-material etc.), av proteinaggregat, av triggers för sjukdomar som diabetes typ II eller Alzheimers, eller till och med av katalytiska reaktioner på jobbet. Dock, forskarnas bristande förståelse av avgörande parametrar för själva sonden begränsar fortfarande potentialen för TERS som ett användarvänligt analysverktyg. Hittills har forskare inte kunnat reda ut de mest fundamentalt relevanta experimentella parametrarna som spetsens ytplasmonresonans, uppvärmning på grund av temperaturökning i närområdet, och länken till rumslig upplösning.
I en ny tidning i Ljus:Vetenskap och tillämpning , en forskargrupp från Jena, Tyskland presenterar nu den första tillgängliga metoden för att få oöverträffade insikter i den plasmoniska aktiviteten hos en enda nanopartikel under ett typiskt TERS-experiment. Prof. Volker Deckert från Leibniz Institute of Photonic Technology, Jena, och Dr Marie Richard-Lacroix från Friedrich Schiller University Jena föreslår en enkel och rent experimentell metod för att bedöma plasmonresonans och närfältstemperatur som uteslutande upplevs av de molekyler som direkt bidrar till TERS-signalen. Använder standard TERS experimentell utrustning, forskarna utvärderar den detaljerade optiska reaktionen i närområdet, både på molekylär nivå och som en funktion av tiden genom att samtidigt sondera Stokes- och anti-Stokes-spektrala intensiteter. Detta gör det möjligt för dem att karakterisera de optiska egenskaperna för varje enskild TERS-spets under mätningen.
"Den föreslagna metoden kan vara ett stort steg för att förbättra användbarheten av TERS i den dagliga driften, " Prof. Deckert förklarar. "De faktiska förhållandena som molekylerna utsätts för från ett experiment till nästa kan nu undersökas och optimeras direkt, i realtid, och på provskalan." Detta är särskilt relevant när det gäller att undersöka biologiska prover som proteiner som inte kan tolerera höga temperaturer.
"Som vi förstår det, ingen annan tillgänglig metod ger tillgång till en sådan mängd information om plasmonaktiviteten under ett typiskt TERS-experiment, " säger Dr Richard-Lacroix.
"Vi tror att denna metod kommer att bidra till att förbättra noggrannheten hos teoretiska modeller och underlätta alla experimentella plasmoniska undersökningar och tillämpningen av TERS inom området nanoskala termometri, ", förutser forskarna.
