Plasmonics has become a promising technology that aims to exploit the unique optical properties of metal-lic nanoparticles. The signature optical property of theses metallic nanoparticles is the localized surface plas-mon resonance (LSPR). The result of this LSPR is enhanced dipole moment, which leads to large extinction and large electric field near the nano particles. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) technique uses this large electric field localization to enhance Raman signals from molecules and have led to the field of Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). The relationship between the LSPR and SERS signals had not been clearly proved because of the lack of reliable and tunable techniques for controlling LSPR. In this study, the LSPR was actively tuned by varying the strain applied to a PDMS membrane. The nanoparticles on a stretchable PDMS changes interparticle spacing without deforming the particle geometries, resulting in change of the LSPR. SERS signal were obtained as verifying the interparticle distance in a way of tuning the LSPR wavelength to find optimal condition for SERS enhancement. Furthermore SERS signal intensity of crystal violet was analyzed at different peak position to clearly prove the relationship between the LSPR wavelength and SERS intensity, SERS signal was enhanced when the LSPR wavelength position was a center of the window that includes both the excitation wavelength and the Raman-shifted wavelength as well as the LSPR wavelength fit with excitation wavelength. In the case of C-H vibrational mode, the out-of-plane vibra-tion was enhanced over the in-plane vibrations. In each of the cases presented, active tuning of the LSPR wavelengths allows optimized SERS signal enhancement as consider the correlation between LSPR wave-length and excitation wavelength, Raman-shifted wavelength and vibrational modes.
표면 증강 라만 분광 측정(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)는 금속 나노 입자 표면에 공명하는 국부 표면 플라즈몬 공명(Localized surface Plasmon resonance, LSPR)에 의한 신호 강화를 통해 극저농도의 물질을 무표지로 검출하는 기술이다. 특히 표면 증강 라만 신호와 기판의 플라즈몬 공명 파장과의 관계는 오랜 기간 동안 논의 되어 왔지만, 다양한 플라즈몬 공명 파장을 가지는 기판 제작은 여러 가지 실험적 제한이 따른다.
따라서 본 연구에서는 플라즈몬 공명 파장을 연속적이고 능동적으로 튜닝할 수 있는 플렛폼을 개발하여 표면 증강 라만 신호와 플라즈몬 공명 파장과의 관계에 대한 증거를 제시하고, 이를 통해 목표로 하는 분자의 라만 신호를 최적화 할 수 있는 기판의 플라즈몬 공명 파장을 제공한다. 연속적이고 능동적인 플라즈몬 파장의 튜닝을 위하여 플렉서블 멤브레인의 기계적 변형을 통해 멤브레인 상에 형성된 금속 나노 입자 사이의 간격을 조절하는 방법을 이용하였다. 멤브레인의 스트레칭에 의한 금속 나노 입자 사이의 간격의 변화는 플라즈몬 공명 파장의 변화를 유도하고, 이를 통해 가시광선 영역에서 플라즈몬 공명 파장을 능동적으로 튜닝 하였다. 또한 플라즈몬 공명 파장과 라만 신호의 관계를 증명하기 위하여 제작된 능동 플라즈모닉 멤브레인의 플라즈몬 공명 파장을 튜닝하면서 크리스탈 바이올렛(Crystal violet)의 라만 신호를 측정하였다. 이로써 본 연구에서는 목표로 하는 분자의 라만 신호를 최적화하기 위한 다양한 변수를 단일 플렛폼으로 고려함으로써 고감도 정성 및 정량 분석을 위한 기판 제작의 새로운 가능성을 제시하였다.
