Плазмонно-активные серебряные наноструктуры в порах ионно-трекового шаблона SiO2 на кремнии

На сегодняшний день интенсивно исследуется возможность усиления сигнала комбинационного рассеяния света с целью реализации простого и надежного инструмента для контроля сверхмалых концентраций химических и биологических веществ. В качестве основы усиливающих сигнал подложек могут выступать плаз-монно-активные наноструктуры, степень усиления которых определяется их размером и формой. Формирование наноструктур с заранее заданной морфологией требует разработки новых методик. В связи с этим в работе рассматривается комплексный подход к получению в порах ионно-трековых шаблонов SiO₂ на кремнии плазмонно-активных серебряных наноструктур, имеющих широкий спектр форм и размеров. Рассмотрены особенности создания SiO₂-шаблонов и установлены скорости травления, однозначно определяющие параметры пор в зависимости от времени процесса. Описаны особенности формирования серебряных наноструктур в порах Si0₂-шаблона при различных размерах пор и режимах синтеза (время и температура раствора). Показана возможность создания наноструктур с различной формой и продемонстрированы закономерности эволюции их морфологии при изменении параметров синтеза. С использованием дендритов, имеющих высокий потенциал для практического применения для усилении сигнала комбинационного рассеяния света, на примере модельного аналита Nile Blue с концентрацией 10^-6 моль/л продемонстрирована возможность регистрации спектров комбинационного рассеяния света. Полученные результаты свидетельствуют, что плазмонно-активные серебряные наноструктуры в порах ионно-трекового шаблона SiO₂ на кремнии могут найти применение при создании биосенсоров для регистрации сверхнизких доз химических и биологических веществ.

Представлено членом-корреспондентом В.М. Федосюком

1. Halvorson, R. A. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) for Environmental Analyses / R. A. Halvorson, P. J. Vikesland // Environ. Sci. Technol. - 2010. - Vol. 44, N 20. - P. 7749-7755. https://doi.org/10.1021/es101228z

2. Clinical SERS: are we there yet? / K. W. Kho [et al.] // J. Biophotonics. - 2011. - Vol. 4, N 10. - P. 667-684. https://doi.org/10.1002/jbio.201100047

3. Kneipp, K. Surface-enhanced raman scattering / K. Kneipp // Phys. Today. - 2007. - Vol. 60, N 11. - P. 40-46. https://doi.org/10.1063/1.2812122

4. On the chemical bonding effects in the Raman response: Benzenethiol adsorbed on silver clusters / S. K. Saikin [et al.] // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2009. - Vol. 11, N 41. - P. 9401-9411. https://doi.org/10.1039/b906885f

5. Exploring the chemical enhancement for surface-enhanced Raman scattering with Au bowtie nanoantennas / D. P. Fromm [et al.] // J. Chem. Phys. - 2006. - Vol. 124, N 6. - P. 61101. https://doi.org/10.1063/L2167649

6. Electromagnetic theories of surface-enhanced Raman spectroscopy / S.-Y. Ding [et al.] // Chem. Soc. Rev. - 2017. -Vol. 46, N 13. - P. 4042. https://doi.org/10.1039/c7cs00238f

7. Noguez, C. Surface Plasmons on Metal Nanoparticles: The Influence of Shape and Physical Environment / C. Noguez // J. Phys. Chem. C. - 2007. - Vol. 111, N 10. - P. 3806-3819. https://doi.org/10.1021/jp066539m

8. High energy ion beam irradiation of polymers for electronic applications / D. Fink [et al.] // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms. - 2005. - Vol. 236, N 1-4. - P. 11-20. https://doi.org/10.1016/). nimb.2005.03.243

9. Evolution of the polyethylene terephthalate track membranes parameters at the etching process / E. Y. Kaniukov [et al.] // J. Contemp. Phys. (Armenian Acad. Sci.). - 2017. - Vol. 52, N 2. - P. 155-160. https://doi.org/10.3103/s1068337217020098

10. Benyagoub, A. Ion tracks in amorphous silica / A. Benyagoub, M. Toulemonde // J. Mater. Res. - 2015. - Vol. 30, N 9. -P. 1529-1543. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.75

11. Tunable nanoporous silicon oxide templates by swift heavy ion tracks technology / E. Y. Kaniukov [et al.] // Nanotechnology. - 2016. - Vol. 27, N 11. - P. 115305. https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/11/115305

12. Devine, R. A. B. Macroscopic and microscopic effects of radiation in amorphous SiO2 / R. A. B. Devine // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater. Atoms. - 1994. - Vol. 91, N 1-4. - P. 378-390. https://doi. org/10.1016/0168-583x(94)96253-7

13. Silver nanocrystals with special shapes: controlled synthesis and their surface-enhanced Raman scattering properties / M. Yan [et al.] // RSC Adv. - 2014. - Vol. 4, N 1. - P. 98-104. https://doi.org/10.1039/c3ra44437f

14. Feng, C. Silver nano-dendritic crystal film: a rapid dehydration SERS substrate of totally new concept / C. Feng, Y. Zhao, Y. Jiang // RSC Adv. - 2015. -Vol. 5, N 6. - P. 4578-4585. https://doi.org/10.1039/c4ra11376d