Flexible microsphere‐coupled surface‐enhanced Raman spectroscopy (McSERS) by dielectric microsphere cavity array with random plasmonic nanoparticles

材料科学 拉曼光谱 拉曼散射 等离子体子 表面增强拉曼光谱 光电子学 纳米颗粒 电介质 纳米技术 光学 物理
作者
Mengyuan Wang,Yinzhou Yan,Dong Li-Fang,Yijian Jiang
出处
期刊:Journal of Raman Spectroscopy [Wiley]
卷期号:53 (7): 1238-1248 被引量:15
标识
DOI:10.1002/jrs.6351
摘要

Abstract Surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a powerful tool for nondestructive and ultrasensitive optical trace‐detection. However, the sophisticated fabrication processes and performance degradation on flexible substrates block SERS for practical uses. Here, we report a facile flexible microsphere‐coupled SERS (McSERS) substrate composed of a dielectric microsphere cavity array (MCA) and random gold nanoparticles (Au NP s) capping on a polydimethylsiloxane (PDMS) film (MCA/Au NP s/PDMS) for giant Raman enhancement. The random distribution of Au NP s provides a hydrophilic surface against to the coffee‐ring effect for uniform localized surface plasmon resonance (LSPR) response. The MCA capped on the Au NP s boosts the Raman intensity via the multiple optical manipulation processes, in which the photonic nanojet (PNJ) confines the excitation intensity near the Au NP s, whispering‐gallery mode (WGM) facilitates the energy transfer from microsphere cavities to Au NP gaps for LSPR boosting, and directional antenna effect converts near‐field Raman signals into far‐field with a small divergence. Therefore, the Raman scattering is dramatically improved with the enhancement factor ( EF ) to 10 7 for the limit of detection (LoD) of 4‐nitrobenzenethiol (4‐NBT) molecules down to 0.1 nM, two orders of magnitude higher via MCA coupling. Moreover, the flexible McSERS substrate exhibits outstanding durability and compatibility as an ultrasensitive Raman test strip, by which the thiram concentration is detectable down to 2.42 ng/cm 2 on apple peels. The present work provides a facile strategy to fabricate SERS substrates with high flexibility for optical trace‐detection in real‐world applications.
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