JP2018505413A - プラズモニック・ナノ粒子に基づく機械的変形センサー - Google Patents
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Abstract
Description
第1の構成において、第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は、そのそれぞれのプラズモン共鳴が相互作用して結果としてのプラズモン共鳴を生成できるように、互いに充分近接しており、
変形可能部材の機械的変形は、第2の構成に向うプラズモニック・ナノ粒子の相対的位置の変動を発生させ、前記機械的変形を決定するために使用され得る第1の構成の結果としてのプラズモン共鳴の検出可能な変化を生成する、装置が提供されている。
変形可能な部材により第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子を互いに連結するステップであって、第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は各々、入射電磁放射線に曝露されたときにそれぞれのプラズモン共鳴を示すように構成されているステップを含む方法であって、
第1の構成において、第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は、そのそれぞれのプラズモン共鳴が相互作用して結果としてのプラズモン共鳴を生成できるように、互いに充分近接しており、
変形可能部材の機械的変形は、第2の構成に向うプラズモニック・ナノ粒子の相対的位置の変動を発生させ、前記機械的変形を決定するために使用され得る第1の構成の結果としてのプラズモン共鳴の検出可能な変化を生成する、方法が提供されている。
前記機械的変形によりひき起こされた結果としてのプラズモン共鳴の検出された変化に基づいて変形可能な部材の機械的変形を決定するステップ、
を含む方法が提供されている。
式中、εmetalおよびεdielは、それぞれ金属および誘電材料の誘電定数であり、χは、ナノ粒子の幾何形状に依存する因子である。χの値は、球についてはZであるが、高い縦横比を有する粒子幾何形状(例えばナノロッド)については20という大きいものであることができる。この等式に基づくと、負の実数のおよび小さい正の虚数の誘電定数を有する材料は、表面プラズモンを支持する能力を有する。しかしながら、励起の条件は、金属の実数である誘電定数の大きさが、誘電材料の実数である誘電定数よりも大きい場合にのみ、満たされる。
式中、εinおよびεoutは、それぞれ金属ナノ粒子および外部環境の誘電定数であり、εrおよびεiは、それぞれ、波長依存性金属誘電関数の実数および虚数成分であり、Naはアボガドロ定数であり、λは入射放射線の波長である。ナノ粒子に結び付けられる光の消光は、εout(または、両者がε=n2により関連づけされることから屈折率n)の何らかの変化に依存する。
Claims (15)
- 変形可能な部材により互いに連結された第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子を備える装置であって、
前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は各々、入射電磁放射線に曝露されたときにそれぞれのプラズモン共鳴を示すように構成されており、
第1の構成において、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は、そのそれぞれのプラズモン共鳴が相互作用でき、結果としてのプラズモン共鳴を生成するように、互いに充分近接しており、
前記変形可能な部材の機械的変形は、第2の構成となる前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の相対的位置の変動を発生させ、前記機械的変形を決定するために使用され得る前記第1の構成の前記結果としてのプラズモン共鳴における検出可能な変化を生成する、
装置。 - 前記変形可能な部材は、1つ以上の前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の近接性を、前記機械的変形により、それぞれ前記第1および第2の構成の間で増大または減少させることができるように構成された、伸長可能で圧縮可能な部材である、請求項1に記載の装置。
- 前記変形可能な部材は、前記機械的変形によって前記第1および第2の構成の間で前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の相対的向きを変動させることができるように構成された、可撓性部材である、請求項1または2に記載の装置。
- 前記変形可能な部材は、周囲環境からの分析物種の吸収によって前記第1および第2の構成の間で膨張するように構成されており、前記膨張またそれにより前記分析物種の存在を決定するために、前記結果としてのプラズモン共鳴の対応する前記変化の検出を使用することができる、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記変形可能な部材は、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子を支持する基板を備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記変形可能な部材が、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の間に差し挟まれている、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は、前記第1の構成において、ギャップによって互いに間隔をあけられている、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子が各々、長軸および短軸を有し、
前記第1のプラズモニック・ナノ粒子の長軸は、前記第1の構成において前記第2のプラズモニック・ナノ粒子の長軸と共線的である、
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の装置。 - 前記入射電磁放射線は、所定の分極軸に沿って分極しており、
前記装置は、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の前記長軸が、前記第1の構成において前記入射電磁放射線の前記分極軸に対し実質的に平行に整列するように構成される、
請求項8に記載の装置。 - 前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子のサイズ、形状および材料のうちの少なくとも1つは、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子が、紫外線、可視光および赤外線放射の1つ以上に曝露されたときに、そのそれぞれのプラズモン共鳴を示すように構成される、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置は、1つ以上のさらなるプラズモニック・ナノ粒子を備え、
前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子ならびに更なるプラズモニック・ナノ粒子は、各プラズモニック・ナノ粒子が、変形可能な部材によって隣接するプラズモニック・ナノ粒子に連結されるように配置される、
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の装置。 - 隣接するプラズモニック・ナノ粒子の1つの対を連結する前記変形可能な部材は、別の隣接するプラズモニック・ナノ粒子対を連結する前記変形可能な部材とは異なるものである、請求項11に記載の装置。
- 前記変形可能な部材は、可逆的に変形可能な材料を含む、請求項1ないし12のいずれか1項に記載の装置。
- 装置を形成する方法であって、
該方法は、変形可能な部材により第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子を互いに連結するステップであって、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は各々、入射電磁放射線に曝露されたときにそれぞれのプラズモン共鳴を示すように構成される、ステップを含み、
第1の構成において、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は、そのそれぞれのプラズモン共鳴が、結果としてのプラズモン共鳴を生成するために相互作用できるように、互いに充分近接しており、
前記変形可能な部材の機械的変形は、第2の構成となる前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の相対的位置の変動を発生させ、前記機械的変形を決定するために使用することができる前記第1の構成の前記結果としてのプラズモン共鳴の検出可能な変化を生成する、
方法。 - 装置を使用する方法であって、
該装置は、変形可能な部材により互いに連結された第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子を備え、
前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は各々、入射電磁放射線に曝露されたときにそれぞれのプラズモン共鳴を示すように構成されており、
第1の構成において、前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子は、結果としてのプラズモン共鳴を生成するためにそのそれぞれのプラズモン共鳴が相互作用できるように、互いに充分近接しており、
前記変形可能な部材の機械的変形は、第2の構成となる前記第1および第2のプラズモニック・ナノ粒子の相対的位置の変動を発生させ、前記機械的変形を決定するために使用することができる前記第1の構成の前記結果としてのプラズモン共鳴における検出可能な変化を生成し、
前記方法は、前記機械的変形によりひき起こされる、前記結果としてのプラズモン共鳴の検出された変化に基づいて前記変形可能な部材の機械的変形を決定するステップを含む、方法。
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