Рамановская спектроскопия с усилением кончика иглы - это специализированный подход к поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS), в котором усиление рамановского рассеяния происходит только на острие почти атомарно острой иглы, обычно покрытой золотом. [1]
Максимальное разрешение, достигаемое с помощью оптического микроскопа , включая рамановские микроскопы , ограничено пределом Аббе , который составляет примерно половину длины волны падающего света. Кроме того, с помощью спектроскопии SERS полученный сигнал представляет собой сумму относительно большого количества молекул. TERS преодолевает эти ограничения, поскольку полученный спектр комбинационного рассеяния происходит в основном от молекул в пределах нескольких десятков нанометров от иглы.
История
В самых ранних сообщениях об усиленной наконечником рамановской спектроскопии обычно использовался рамановский микроскоп в сочетании с атомно-силовым микроскопом . Рамановская спектроскопия с усиленным наконечником в сочетании со сканирующим туннельным микроскопом (STM-TERS) также стала надежным методом, поскольку в ней используется плазмон с щелевой модой между металлическим зондом и металлической подложкой. [2] [3]
Оборудование
Для спектроскопии комбинационного рассеяния света с наконечником требуется конфокальный микроскоп и сканирующий зондовый микроскоп . Оптический микроскоп используется для совмещения точки фокусировки лазера с наконечником, покрытым активным металлом SERS. Три типичных экспериментальных конфигурации: нижнее освещение, боковое освещение и верхнее освещение, в зависимости от того, в каком направлении падающий лазер распространяется к образцу относительно подложки. В случае STM-TERS могут применяться только конфигурации бокового и верхнего освещения, поскольку требуется, чтобы подложка была проводящей, а потому обычно непрозрачной. В этом случае падающий лазер обычно линейно поляризован и ориентирован параллельно игле, чтобы генерировать ограниченный поверхностный плазмон на вершине иглы. Образец перемещается, а не игла, так что лазер остается сфокусированным на игле. Образец можно систематически перемещать, чтобы построить серию спектров комбинационного рассеяния, усиленных наконечником, из которых можно построить рамановскую карту поверхности, позволяющую оценивать неоднородность поверхности с разрешением до 1,7 нм. [4] [5]
В 2019 году группа Янь и группа Лю из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали безлинзовую технику нанофокусировки, которая концентрирует падающий свет от сужающегося оптического волокна к вершине металлической нанопроволоки и собирает рамановский сигнал через то же оптическое волокно. . Разработан НСОМ-ТЕРС «волокно-в-волокне-снаружи». [6] [7]
Приложения
Несколько исследований использовали TERS для изображения отдельных атомов и внутренней структуры молекул. [8] [9] [10] [11] В 2019 году Ара Apkarian группа в Центре химии в пространственно-временной лимит , Университет Калифорнии, Ирвин отображены колебательные нормальные режимы одиночных порфириновых молекул с использованием TERS. [12] Также было продемонстрировано секвенирование ДНК на основе TERS . [13] TERS также использовался для ионоселективной визуализации 2D- изолятора Cu 2 N с атомным разрешением с помощью функционализированного наконечника. [14]
Рекомендации
- ^ Sonntag, Мэтью Д.; Поцци, Эрик А.; Цзян, Нан; Hersam, Mark C .; Ван Дайн, Ричард П. (18 сентября 2014 г.). "Последние достижения в спектроскопии комбинационного рассеяния света с острием". Журнал писем по физической химии . 5 (18): 3125–3130. DOI : 10.1021 / jz5015746 . PMID 26276323 .
- ^ Андерсон, Марк С. (2000). «Локально усиленная рамановская спектроскопия с атомно-силовым микроскопом (AFM-TERS)». Письма по прикладной физике . 76 (21): 3130. Bibcode : 2000ApPhL..76.3130A . DOI : 10.1063 / 1.126546 .
- ^ Штёкле, Рауль М .; Су, Юнг Дуг; Декерт, Фолькер; Зеноби, Ренато (февраль 2000 г.). «Наноразмерный химический анализ с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света с зондом». Письма по химической физике . 318 (1–3): 131–136. Bibcode : 2000CPL ... 318..131S . DOI : 10.1016 / S0009-2614 (99) 01451-7 .
- ^ Хаядзава, Норихико; Иноуэ, Ясуши; Секкат, Зухейр; Кавата, Сатоши (сентябрь 2000 г.). «Усиление металлического наконечника рамановского рассеяния в ближней зоне». Оптика Коммуникации . 183 (1–4): 333–336. Bibcode : 2000OptCo.183..333H . DOI : 10.1016 / S0030-4018 (00) 00894-4 .
- ^ Чен, Чи; Хаядзава, Норихико; Кавата, Сатоши (12 февраля 2014 г.). «Химический анализ углеродных нанотрубок с разрешением 1,7 нм с помощью рамановской визуализации с улучшенным наконечником в окружающей среде» . Nature Communications . 5 : 3312. Bibcode : 2014NatCo ... 5.3312C . DOI : 10.1038 / ncomms4312 . PMID 24518208 .
- ^ Ким, Санггон; Ю, Нин; Ма, Сюэчжи; Чжу, Янчжи; Лю, Цюши; Лю, Мин; Ян, Ruoxue (2019). "Высокоэффективная нанофокусировка для безлинзовой оптической наноскопии ближнего поля". Природа Фотоника . 13 (9): 636–643. DOI : 10.1038 / s41566-019-0456-9 . ISSN 1749-4893 .
- ^ Обер, Холли. «Волоконно-оптический зонд может видеть молекулярные связи» . UC Riverside News . Проверено 10 января 2020 .
- ^ Hou, JG; Ян, JL; Luo, Y .; Aizpurua, J .; Ю. Ляо; Zhang, L .; Чен, LG; Zhang, C .; Цзян, С. (июнь 2013 г.). «Химическое картирование отдельной молекулы с помощью плазмонно-усиленного комбинационного рассеяния света». Природа . 498 (7452): 82–86. Bibcode : 2013Natur.498 ... 82Z . DOI : 10,1038 / природа12151 . hdl : 10261/102366 . ISSN 1476-4687 . PMID 23739426 .
- ^ Ли, Джунхи; Талларида, Николай; Чен, Син; Лю, Пэнчун; Дженсен, Лассе; Апкариан, Варткесс Ара (2017-10-12). "Спектромикроскопия комбинационного рассеяния света с усилением наконечника Co (II) -тетрафенилпорфирина на Au (111): к микроскопу химиков" . САУ Нано . 11 (11): 11466–11474. DOI : 10.1021 / acsnano.7b06183 . ISSN 1936-0851 . PMID 28976729 .
- ^ Талларида, Николай; Ли, Джунхи; Апкарян, Варткесс Ара (2017-10-09). «Рамановская спектромикроскопия с усилением наконечника по шкале Ангстрема: чистые наконечники и наконечники с концевым CO» . САУ Нано . 11 (11): 11393–11401. DOI : 10.1021 / acsnano.7b06022 . ISSN 1936-0851 . PMID 28980800 .
- ^ Ли, Джунхи; Талларида, Николай; Чен, Син; Дженсен, Лассе; Апкарян, В. Ара (июнь 2018 г.). «Микроскопия с помощью одномолекулярного сканирующего электрометра» . Наука продвигается . 4 (6): eaat5472. Bibcode : 2018SciA .... 4.5472L . DOI : 10.1126 / sciadv.aat5472 . ISSN 2375-2548 . PMC 6025905 . PMID 29963637 .
- ^ Ли, Джунхи; Крэмптон, Кевин Т .; Талларида, Николай; Апкарян, В. Ара (апрель 2019 г.). «Визуализация колебательных нормальных мод одиночной молекулы с атомарно ограниченным светом». Природа . 568 (7750): 78–82. Bibcode : 2019Natur.568 ... 78L . DOI : 10.1038 / s41586-019-1059-9 . ISSN 0028-0836 . PMID 30944493 .
- ^ Он, Чжэ; Хан, Зехуа; Кизер, Меган; Линхардт, Роберт Дж .; Ван, Син; Синюков Александр М .; Ван, Цзичжоу; Декерт, Фолькер; Соколов, Алексей В. (2019-01-16). «Рамановская визуализация одноцепочечной ДНК с улучшенным кончиком с разрешением одного основания». Журнал Американского химического общества . 141 (2): 753–757. DOI : 10.1021 / jacs.8b11506 . ISSN 0002-7863 . PMID 30586988 .
- ^ Крэмптон, Кевин Т .; Ли, Джунхи; Апкарян, В. Ара (25.06.2019). «Ионно-селективная визуализация с атомным разрешением 2D-изолятора Cu2N: рамановская спектромикроскопия с усилением поля и тока с использованием наконечника с концевой частью молекулы». САУ Нано . 13 (6): 6363–6371. DOI : 10.1021 / acsnano.9b02744 . ISSN 1936-0851 . PMID 31046235 .