Fluorescent materials can interact strongly with plasmonic nanostructures through coherent energy exchange. There have been various studies on this energy coupling state on the single molecular level. These studies provide great insight to understanding the coupling dynamics; however, due to the high complexity and expense of the experimental set-ups, it is challenging to translate the principles directly to the real-life applications. On the other hand, ensemble signal characterization techniques hold great popularity in biomedical sensing and imaging applications due to their simple set-ups at a moderate cost. Therefore, this study is aimed to explore the energy hybridization in the ensemble state. For this, colloidal plasmonic nanocavities have been fabricated via wet chemistry meditated self-assembly. The nanocavity was composed with two end-to-end assembled gold nanorods. The cavity size, which was controlled by thiolated single strand DNAs, was set to 11 nm. When the fluorophore, cyanine-5, was subjected to the plasmonic hot-spot at the nanocavity, the fluorescence intensity was enhanced by 7.8 folds. The result provides experimental evidence of ensemble fluorescent signal enhancement by plasmonic hot-spots in colloidal samples. Therefore, this plasmonic metastructure can be expected to provide a platform for fluorescence based biomedical sensing and imaging applications.
형광재료는 플라즈모닉 나노구조체와 간섭으로 에너지를 주고받으면서 강력하게 상호작용을 할수 있다. 이런 에너지 상태의 결합에 대한 단일 분자의 고찰은 많이 진행되고 있으나 많은 분자들의 앙상블 상태에 관한 연구는 부족하다. 단일 분자에 관한 연구는 에너지 결합의 근본적인 원리를 탐구함에 있어서 큰 의미가 있지만 복잡하고 비싼 실험 조건때문에 실제로 응용분야에 많이 적용되지 못하고 있는 상태이다. 반면에 분자의 앙상불 상태에 대한 특성화 기술은 간단한 실험 조건과 무난한 장비 비용때문에 생화학이나 의과학 분야에서 많이 각광받고 있다. 때문에 이번 연구는 형광 분자와 플라즈모닉 나노 구조체의 에너지 상호작용의 앙상블 상태를 고찰하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 금 나노 막대를 콜로이드상에서 자가 조립 방식으로 나노 공진 구조를 만들었다. 공진 구조의 크기는 11 나노미터인데 티올을 첨가한 단일 유전자 가닥의 길이를 조절함으로 실현하였다. 형광 물질인 시아닌-5가 플나즈모닉 나노 공진구조체 내에 위치한 핫 스팟에 노출되었을 때 그 형광 신호의 크기는 7.8 배 증가하였다. 이 결과는 콜로이드상의 플라즈모닉 나노 공진구조체가 형광 분자의 앙상블 형광 신호를 증강시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 때문에 이와 같은 콜로이드상의 나노 구조체는 생화학이나 의과학 센서의 기반으로 응용 가능할 것으로 기대한다.
