IF 18.5！基于深紫外硅极化激元超表面的生物分子自发荧光和二维材料双共振拉曼散射增强

本文精选

高性能深紫外（DUV）光谱技术在推动生物医学研究、临床诊断和材料科学创新中至关重要。DUV共振纳米结构已显示出显著提高光谱灵敏度的能力。然而，它们在实际应用中面临重大挑战，包括氧化和光诱导损伤导致的不稳定性，以及其组成材料产生的强光致发光噪声背景。本文提出了一种基于全介质硅（Si）超表面极化激元特性的高效且稳健的DUV光谱平台。与依赖米氏型模式的传统介质超表面不同，该方法利用硅纳米结构中由DUV波段带间跃迁驱动的极化激元共振（这一显著但尚未充分探索的特性）进行纳米光子传感。设计并制造了一种极化激元Kerker型空腔超表面，其在表面局部区域提供了强近场增强。该超表面促进了双共振拉曼散射，这一过程揭示了晶格动力学和电子结构的关键信息，可用于分析二维半导体单层材料。同时，它在溶剂中表现出优异的稳定性，并增强了生物分子的自发荧光。这些能力展示了硅超表面作为一种可扩展、稳健的平台在跨学科DUV光谱应用中的广泛潜力，包括先进的生物医学研究和新兴纳米材料的探索。

创新点

1. 在深紫外波段利用硅纳米结构的极化激元共振特性，突破了传统米氏型模式的限制，为纳米光子传感提供了新机制。

2. 设计了一种具有强近场增强的极化激元Kerker型空腔超表面，显著提升了光谱信号的灵敏度和分辨率。

3. 通过双共振拉曼散射机制，揭示了二维材料晶格动力学和电子结构的关键信息，为材料表征提供了新工具。

4. 增强超表面在增强生物分子自发荧光方面表现出色，为生物医学研究提供了新的光谱平台。

5. 在溶剂环境中表现出优异的化学和光稳定性，克服了传统DUV纳米结构易氧化和光损伤的问题。

科研工作的启发

1. 通过利用硅的极化激元共振特性，开辟了深紫外纳米光子传感的新方向，启发探索其他材料在非传统波段的光学特性。

2. 超表面设计不仅增强了光谱信号，还具备优异的稳定性，为开发多功能、高性能的光学平台提供了新思路。

3. 研究结合了纳米光子学、材料科学和生物医学，展示了跨学科研究在解决复杂问题中的重要性。

4. 通过解决传统DUV纳米结构的不稳定性和噪声问题，研究为深紫外光谱技术的实际应用铺平了道路。

思路延伸

1. 探索其他半导体材料在深紫外波段的极化激元特性，以进一步优化光谱增强性能。

2. 通过设计更复杂的超表面结构，进一步增强近场增强效应和光谱选择性。

3. 将该平台应用于生物分子检测、疾病标志物筛查等领域，开发高灵敏度的生物传感器。

4. 利用双共振拉曼散射机制，深入研究新兴二维材料的物理和化学特性。

5. 将超表面与微型光学器件集成，开发紧凑型深紫外光谱分析系统。

Deep‐UV Silicon Polaritonic Metasurfaces for Enhancing Biomolecule Autofluorescence and Two‐Dimensional Material Double‐Resonance Raman Scattering

Adv. Funct. Mater. (IF 18.5)

Pub Date  : 2025-01-17

DOI : 10.1002/adfm.202420439

Bo‐Ray Lee, Mao Feng Chiang, Pei Ying Ho, Kuan‐Heng Chen, Jia‐Hua Lee, Po Hsiang Hsu, Yu Chieh Peng, Jun‐Yi Hou, Shih‐Chieh Chen, Qian‐Yo Lee, Chun‐Hao Chang, Bor‐Ran Li, Tzu‐En Lin, Chieh‐Ting Lin, Min‐Hsiung Shih, Der‐Hsien Lien, Yu‐Chuan Lin, Ray‐Hua Horng, Yuri Kivshar, Ming Lun Tseng

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