Металлодиэлектрические наноструктуры для усиления молекулярной флуоресценции

В металлодиэлектрических наноструктурах с размером металлических неоднородностей порядка 10-100 нм возникает сильная локальная концентрация электромагнитного излучения на частоте возбуждающего (первичного) и испущенного (вторичного) излучения одновременно со значительным возрастанием скорости безызлучательных переходов (тушение флуоресценции). Рассмотрены общие принципы использования металлодиэлектрических наноструктур для усиления флуоресценции и представлены результаты экспериментальной реализации этих принципов для органических молекул, включая биомолекулы, меченные флуоресцентными маркерами.

1. V. M. Shalaev. Nonlinear Optics of Random Media: Fractal Composites and Metal-Dielectric Films, 158, Springer Science & Business Media (1999)

2. M. I. Stockman, D. J. Bergman, C. Anceau, S. Brasselet, J. Zyss. Phys. Rev. Lett., 92, N 5 (2004) 057402

3. E. M. Purcell. Phys. Rev., 69 (1946) 681

4. S. V. Gaponenko. Phys. Rev. B, 65 (2002) 140303

5. S. V. Gaponenko, D. V. Guzatov. Chem. Phys. Lett., 477, N 4-6 (2009) 411—414

6. K. Kneipp, M. Moskovits, H. Kneipp. Surface-Enhanced Raman Scattering: Physics and Applications, Springer Science & Business Media (2006)

7. C. D. Geddes, J. R. Lakowicz. J. Fluoresc., 12 (2002) 121—129

8. J. F. Li, C. Y. Li, R. F. Aroca. Chem. Soc. Rev., 46, N 13 (2017) 3962—3979

9. C. Zhan, X. J. Chen, J. Yi, J. F. Li, D. Y. Wu, Z. Q. Tian. Nature Rev. Chem., 2, N 9 (2018) 216—230

10. O. Kulakovich, N. Strekal, A. Yaroshevich, S. Maskevich, S. Gaponenko, I. Nabiev, U. Woggon, M. Artemyev. Nano Lett., 2, N 12 (2002) 1449—1452

11. P. P. Pompa, L. Martiradonna, A. D. Torre, F. D. Sala, L. Manna, M. De Vittorio, F. Calabi, R. Cingolani, R. Rinaldi. Nature Nanotechnol., 1, N 2 (2006) 126—130

12. J. T. Van Wijngaarden, M. M. Van Schooneveld, C. de Mello Donega, A. Meijerink. Europhys. Lett., 93, N 5 (2011) 57005

13. N. Strekal, V. Oskirko, A. Maskevich, S. Maskevich, J.-C. Jardillier, I. Nabiev. Biopolymers (Biospectroscopy), 57, N 6 (2000) 325—328

14. V. V. Klimov, M. Ducloy, V. S. Letokhov. Euro. Phys. J. D, 20 (2002) 133—148

15. V. V. Klimov, D. V. Guzatov. Quant. Electron., 37 (2007) 209

16. V. V. Klimov, V. S. Letokhov. Laser Phys., 15 (2005) 61—73

17. Д. В. Гузатов. Влияние нанообъектов сложной конфигурации на характеристики спонтанного испускания атомов и молекул, дис. ... д-ра физ.-мат. наук, Гродно (2019)

18. В. В. Климов. Наноплазмоника, Москва, Физ.-мат. лит. (2009)

19. K. Li, M. I. Stockman, D. J. Bergman. Phys. Rev. Lett., 91, N 22 (2003) 227402

20. Z. B. Wang, B. S. Luk'yanchuk, W. Guo, S. P. Edwardson, D. J. Whitehead, L. Li, Z. Liu, K. G. Watkins. J. Chem. Phys., 128, N 9 (2008) 094705

21. Р. А. Дынич, А. Н. Понявина, В. В. Филиппов. Журн. прикл. спектр., 76 (2009) 746—751

22. D. V. Guzatov V.V. Klimov. New J. Phys., 13, N 5 (2011) 053034

23. Q. H. Park. Contemporary Phys., 50, N 2 (2009) 407—423

24. L. Novotny, N. Van Hulst. Nature Photon., 5, N 2 (2011) 83—90

25. А. Е. Краснок, И. С. Максимов, А. И. Денисюк, П. А. Белов, А. Е. Мирошниченко, К. Р. Симовский, Ю. С. Кившарь. Успехи физ. наук, 183, N 6 (2013) 561—589

26. D. V. Guzatov, S. V. Vaschenko, V. V. Stankevich, A. Ya. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. V. Gaponenko. J. Phys. Chem. C, 116 (2012) 10723—10733

27. D. V. Guzatov, S. V. Gaponenko, H. V. Demir. AIP Adv., 8, N 1 (2018) 015324

28. D. V. Guzatov, S. V. Gaponenko, H. V. Demir. Plasmonics, 13 (2018) 2133—2140

29. S. V. Gaponenko, H. V. Demir. Applied Nanophotonics, Cambridge, Cambridge University Press (2018)

30. S. V. Gaponenko, D. V. Guzatov. Proc. IEEE, 108 (2020) 704—720

31. O. Kulakovich, N. Strekal, M. Artemyev, A. Stupak, S. Maskevich, S. Gaponenko. Nanotechnology, 17, N 20 (2006) 5201—5206

32. O. C. Кулакович, Н. Д. Стрекаль, М. В. Артемьев, А. П. Ступак, С. А. Маскевич, С. В. Гапоненко. Журн. прикл. спектр., 73 (2006) 797—800

33. P. Anger, P. Bharadwaj, L. Novotny. Phys. Rev. Lett., 96, N 11 (2006) 113002

34. D. V. Guzatov, S. V. Gaponenko, H. V. Demir. Z. Phys. Chem., 232, N 9-11 (2018) 1431—1441

35. M. H. Chowdhury, K. Ray, S. K. Gray, J. Pond, J. R. Lakowicz. Analyt. Chem., 81, N 4 (2009) 1397—1403.

36. A. A. Lizunova, D. Malo, D. V. Guzatov, I. S. Vlasov, E. I. Kameneva, I. A. Shuklov, M. N. Urazov, A. A. Ramanenka, V. V. Ivanov. Nanomaterials, 12, N 22 (2022) 4051

37. L. Trotsiuk, A. Muravitskaya, O. Kulakovich, D. Guzatov, A. Ramanenka, Y. Kelestemur, H. V. Demir, S. Gaponenko. Nanotechnology, 31, N 10 (2019) 105201

38. Y. Chen, K. Munechika, I. Jen-La Plante, A. M. Munro, S. E. Skrabalak, Y. Xia, D. S. Ginger. Appl. Phys. Lett., 93 (2008) 053106

39. O. Kulakovich, L. Gurinovich, Hui Li, A. Ramanenka, L. Trotsiuk, A. Muravitskaya, J. Wei, Hongbo Li, N. Matveevskaya, D. Guzatov, S. Gaponenko. Nanotechnology, 32, N 3 (2020) 035204

40. И. В. Коктыш, Я. И. Мельникова, О. С. Кулакович, А. А. Романенко, С. В. Ващенко, А. О. Муравицкая, С. В. Гапоненко, С. А. Маскевич. Журн. прикл. спектр., 87, № 5 (2020) 808—815

41. Z. W. Lei, M. Liu, W. Ge, X. F. Yang, J. F. Chen, Y. Lu. J. Lumin., 206 (2019) 359—363

42. A. Muravitskaya, O. Kulakovich, P. M. Adam, S. Gaponenko. Phys. Status Solidi (b), 255, N 4 (2018) 1700491(1—5)

43. S. Vaschenko, A. Ramanenka, O. Kulakovich, A. Muravitskaya, D. Guzatov, A. Lunevich, Y. F. Glukhov, S. Gaponenko. Proc. Eng., 140 (2016) 57—66

44. N. Strekal, O. Kulakovich, V. Askirka, I. Sveklo, S. Maskevich. Plasmonics, 4, N 1 (2009) 1—7

45. R. I. Nooney, O. Stranik, C. McDonagh, B. D. MacCraith. Langmuir, 24, N 19 (2008) 11261(1—7)

46. https://patents.google.com/patent/US8318087B2/en. Date of access: 14.03.2023

47. P. C. Lee, D. Meisel. J. Phys. Chem., 86 (1982) 3391—3395

48. O. Kulakovich, A. Scherbovich, I. Koktysh, Y. Melnikova, A. Ramanenka, S. Gaponenko, S. Maskevich. Z. Phys. Chem., 236, N 11-12 (2022) 1603—1615

49. C. Hirtz, J. Vialaret, A. Gabelle, N. Nowak, Y. Dauvilliers, S. Lehmann. Sci Rep., 6 (2016) 25162