Подложки для спектроскопии ГКР на основе опаловых пленок с золотым покрытием

Подложки для гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) были сформированы с помощью напыления золота на поверхность пленки синтетического опала, и их свойства были изучены при длине волны λ = 532 и 785 нм. Пленки синтетического инвертированного опала были сформированы методом самосборки сферических частиц на вертикально SiO₂ ориентированных подложках. Было обнаружено, что при концентрации аналита метиленового синего порядка 10^-5 M интенсивность ГКР при длине волны возбуждающего лазера 785 нм растет с увеличением количества нанесенного золота до определенной оптимальной толщины, превышающей 35 нм, в то время как при концентрации аналита 10^-6 M такой зависимости не наблюдается. Предполагается, что это связано со сложной морфологией нанесеннего золотого покрытия, зависящей от количества вещества, и присутствия «горячих точек» различной силы. Для лучших образцов на длине волны λ = 785 нм коэффициент усиления ГКР составлял 7∙10⁴ и предел обнаружения метиленового синего  составлял 3∙10^-7 M, что превышает результаты, опубликованные ранее для подобных подложек. Параметры ГКР для длины волны λ = 532 нм были менее яркими, несмотря на дополнительное усиление за счет попадания длины волны лазера в край фотонной стоп-зоны.

1. Liang L., Zhao X., Wen J., Liu J., Zhang F., Guo X., Zhang K., Wang A., Gao R., Wang Y., Zhang Y. Flexible SERS Substrate with a Ag–SiO2 Cosputtered Film for the Rapid and Convenient Detection of Thiram. Langmuir, 2022, 38, P. 13753–13762.

2. Varasteanu P., Bujor A.M., Pachiu C., Craciun G., Mihalache I., Tucureanu V., Romanitan C., Pascu R., Boldeiu A. Close-packed small nanocubes assemblies as efficient SERS substrates. J. of Molecular Structure, 2023, 1294, 136441.

3. Zha Z., Liu R., Yang W., Li C., Gao J., Shafi M., Fan X., Li Z., Du X., Jiang S. Surface-enhanced Raman scattering by the composite structure of Ag NP-multilayer Au films separated by Al2O3. Optics Express, 2021, 29 (6), P. 8890–8901.

4. Cai Z., Yan Y., Liu L., Lin S., Hu X. Controllable fabrication of metallic photonic crystals for ultra-sensitive SERS and photodetectors. RSC Adv., 2017, 7, P. 55851–55858.

5. He L., Huang J., Xu T., Chen L., Zhang K., Han S., He Y., Lee S.T. Silver nanosheet-coated inverse opal film as a highly active and uniform SERS substrate. J. Mater. Chem., 2012, 22, P. 1370–1374.

6. Martynova N.A., Goldt A.E., Grigorieva A.V. Au-Au composites with inverse opal structure for surface-enhanced Raman spectroscopy. Gold Bulletin, 2018, 51, P. 57–64.

7. Zhu A., Zhao X., Cheng M., Chen L., Wang Y., Zhang X., Zhang Y., Zhang X. Nanohoneycomb Surface-Enhanced Raman Spectroscopy-Active Chip for the Determination of Biomarkers of Hepatocellular Carcinoma. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, P. 44617–44623.

8. Guo H., Qian K., Cai A., Tang J., Liu J. Ordered gold nanoparticle arrays on the tip of silver wrinkled structures for single molecule detection. Sensors & Actuators: B. Chemical, 2019, 300, 126846.

9. Ke X., Chen J., Chang L., Zhou Z., Zhang W. Casting liquid PDMS on self-assembled bilayer polystyrene nanospheres to prepare a SERS substrate with two layers of nanopits for detection of p-nitrophenol. Anal. Methods, 2023, 15, P. 4582–4590.

10. Wei M.-X., Liu C.-H., Lee H., Lee B.-W., Hsu C.-H., Lin H.-P., Wu Yu-C. Synthesis of High-Performance Photonic Crystal Film for SERS Applications via Drop-Coating Method. Coatings, 2020, 10, 679.

11. Chen G., Zhang K., Luo B., Hong W., Chen J., Chen X. Plasmonic-3D photonic crystals microchip for surface enhanced Raman spectroscopy. Biosensors and Bioelectronics, 2019, 143, 111596.

12. Chen H., Song C., Peng Z., Mao J., Zhang Y., Chen S., Zhang W., Zhang S., Zhao W., Ouyang G. The Fabrication of Photonic Crystal Microchip with Controllable Wettability and SERS Activity based on Surface Roughness for Trace Organic Compounds Determination. Adv. Mater. Interfaces, 2022, 2102178.

13. Li W., Lu X., Yang R., Liang F., Chen W., Xie Z., Zheng J., Zhu J., Huang Y., Yue W., Li L., Su Y. Highly sensitive and reproducible SERS substrates with binary colloidal crystals (bCCs) based on MIM structures. Applied Surface Science, 2022, 597, 153654.

14. Dzhagan V., Mazur N., Kapush O., Skoryk M., Pirko Y., Yemets A., Dzhahan Vl., Shepeliavyi P., Valakh M., and Yukhymchuk V. Self-Organized SERS Substrates with Efficient Analyte Enrichment in the Hot Spots. ACS Omega, 2024, 9, P. 4819–4830.

15. Galisteo-Lopez J.F., Ibisate M., Sapienza R., Froufe Perez L.S., Blanco A., Lopez C. Self-Assembled Photonic Structures. Adv. Mater., 2011, 23, P. 30–69.

16. Liu J., Zhao H., Wu M., Van der Schueren B., Yu Li, Deparis O., Ye J., Ozin G.A., Hasan T., Su B.-L. Slow Photons for Photocatalysis and Photovoltaics. Adv. Mater., 2017, 29, 1605349.

17. Ashurov M., Abdusatorov B., Baranchikov A., Klimonsky S. Surface-enhanced Raman scattering in ETPTA inverse photonic crystals with gold nanoparticles. Phys. Chem. Chem. Phys., 2021, 23, P. 20275–20281.

18. Jiang P., Bertone J.F., Hwang K.S., Colvin V.L. Single-Crystal Colloidal Multilayers of Controlled Thickness. Chem. Mater., 1999, 11, P. 2132–2140.

19. Klimonsky S.O., Bakhia T., Knotko A.V., Lukashin A.V. Synthesis of Narrow Dispersed SiO2 Colloidal Particles and Colloidal Crystal Films Based on Them. Doklady Chemistry, 2014, 457 (1), P. 115–117.

20. St¨ober W., Fink A., Bohn E. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range. J. Colloid Interface Sci., 1968, 26, P. 62–69.

21. Bakhia T., Baranchikov A.E., Gorelik V.S., Klimonsky S.O. Local Optical Spectroscopy of Opaline Photonic Crystal Films. Crystallography Reports, 2017, 62 (5), P. 783–786.

22. Le Ru E., Blackie E., Meyer M., Etchegoin P.G. Surface Enhanced Raman Scattering Enhancement Factors: A Comprehensive Study. J. Phys. Chem. C, 2007, 111 (37), P. 13794–13803.

23. Yan Q., Zhou Z., Zhao X.S. Inward-Growing Self-Assembly of Colloidal Crystal Films on Horizontal Substrates. Langmuir, 2005, 21 (7), P. 3158–3164.