Nanostructured Au Chips with Enhanced Sensitivity for Sensors Based on Surface Plasmon Resonance

I. Z. Indutnyi; Yu. V. Ushenin; V. I. Myn’ko; P. E. Shepeliavyi; M. V. Lukaniuk; A. A. Korchovyi; R. V. Khrystosenko

doi:10.15407/ujpe62.05.0365

Наноструктурованi Au чiпи з пiдвищеною чутливiстю для сенсорiв на основi поверхневого плазмонного резонансу

Автор(и)

I. Z. Indutnyi V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
Yu. V. Ushenin V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
V. I. Myn’ko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
P. E. Shepeliavyi V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
M. V. Lukaniuk V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
A. A. Korchovyi V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
R. V. Khrystosenko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe62.05.0365

Ключові слова:

поверхневий плазмонний резонанс, бiосенсори, iнтерференцiйна лiтографiя, вакуумнi халькогенiднi фоторезисти

Анотація

В роботi проведенi дослiдження пiдвищення чутливостi поверхневого плазмонного резонансу рефрактометра за рахунок формування перiодичного рельєфу у виглядi ґратки з субмiкронним перiодом на поверхнi Au чiпа. Перiодичний рельєф рiзної глибини з просторовою частотою v = (3370 ± 5) лiн./мм було сформовано на поверхнi плiвки Au за допомогою iнтерференцiйної лiтографiї з використанням вакуумних халькогенiдних фоторезистiв. Встановлено, що кратнiсть пiдвищення чутливостi рефрактометра та величина iнтервалу змiни показника заломлення Δn середовища, в якому спостерiгається це пiдвищення, залежить вiд глибини рельєфу ґратки. При збiльшеннi глибини рельєфу ширина робочого iнтервалу Δn зменшується, а чутливiсть збiльшується вiд 110 град./RIU для стандартного чiпа, до 154 град./RIU та 363 град./RIU для структурованих чiпiв з глибиною рельєфу, що дорiвнює 11,7 ± 2 нм та 18,5 ± 2 нм вiдповiдно.

Посилання

C. Nylander, B. Liedberg, T. Lind. Gas detection by meansof surface plasmon resonance. Sens. Actuat. 3, 79 (1982).

https://doi.org/10.1016/0250-6874(82)80008-5

B. Moslehi, M.W. Foster, P. Harvey. Optical magnetic and electric field sensors based on surface plasmon polariton resonant coupling. Electron. Lett. 27, 951 (1991).

https://doi.org/10.1049/el:19910594

A. Schilling, O. Yava¸s, J. Bischof, J. Boneberg, P. Leiderer. Absolute pressure measurements on a nanosecond time scale using surface plasmons. Appl. Phys. Lett. 69, 4159 (1996).

https://doi.org/10.1063/1.116971

H.-M. Schmitt, A. Brecht, J. Piehler, G. Gauglitz. An integrated system for optical biomolecular interaction analysis. Biosens. Bioelectron. 12, 809 (1997).

https://doi.org/10.1016/S0956-5663(97)00046-8

L. Huang, G. Reekmans, D. Saerens, J.-M. Friedt, F. Frederix, L. Francis, S. Muyldermans, A. Campitelli, C. Van Hoof. Prostate-specific antigen immunosensing based on mixed self-assembled monolayers, camel antibodies and colloidal gold enhanced sandwich assays. Biosens. Bioelectron. 21, 483 (2005).

https://doi.org/10.1016/j.bios.2004.11.016

E. Mauriz, A. Calle, J.J. Mancl’us, A. Montoya, L.M. Lechuga. Multi-analyte SPR immunoassay for enviromental biosensing of pesticides. Analyt. Bioanalyt. Chem. 387, 1449 (2007).

https://doi.org/10.1007/s00216-006-0800-z

P.D. Patel. Overview of affinity biosensors in food analysis. J. AOAC Int. 89, 805 (2006).

E. Kretschmann, H. Raether. Radiative decay of nonradiative surface plasmons excited by light. Z. Naturforsch. 23A, 2135 (1968).

P. Englebienne, A. Van Hoonacker, M. Verhas. Surface plasmon resonance: principles, methods and applications in biomedical sciences. Spectroscopy 17, 255 (2003).

https://doi.org/10.1155/2003/372913

R.S. Moirangthem, Y.-C. Chang, P.-K. Wei. Ellipsometry study on gold-nanoparticle-coated gold thin film for biosensing application. Biomed. Opt. Express 2, 2569 (2011).

https://doi.org/10.1364/BOE.2.002569

K.M. Byun, S.J. Yoon, D. Kim, S.J. Kim. Experimental study of sensitivity enhancement in surface plasmon resonance biosensors by use of periodic metallic nanowires. Opt. Lett. 32, 1902 (2007).

https://doi.org/10.1364/OL.32.001902

W.P. Hu, S.-J. Chen, K.-T. Huang, J.H. Hsu, W.Y. Chen, G.L. Chang, K.-A. Lai. A novel ultrahigh-resolution surface plasmon resonance biosensor with an Au nanoclusterembedded dielectric film. Biosens. Bioelectron. 19, 1465 (2004).

https://doi.org/10.1016/j.bios.2003.12.001

C.J. Alleyne, A.G. Kirk, R.C. McPhedran, N-A.P. Nicorovici, D. Maystre. Enhanced SPR sensitivity using periodic metallic structures. Opt. Express 15, 8163 (2007).

https://doi.org/10.1364/OE.15.008163

A. Cattoni, E. Cambril, D. Decanini, G. Faini, A.M. Haghiri-Gosnet. Soft UV-NIL at 20 nm scale using flexible bi-layers tamp casted on HSQ master mold. Microelectr. Eng. 87, 1015 (2010).

https://doi.org/10.1016/j.mee.2009.11.106

Y. Fu, N. Kok, A. Bryan, W. Zhou. Self-organized formation of a Blazed-grating-like structure on Si(100) induced by focused ion-beam scanning. Opt. Express 12, 1803 (2004).

https://doi.org/10.1364/OPEX.12.001803

X.Y. Zhang, A.V. Whitney, J. Zhao, E.M. Hicks, R.P. Van Duyne. Advances in contemporary nanosphere lithographic techniques. J. Nanosci. Nanotechnol. 6, 1920 (2006).

https://doi.org/10.1166/jnn.2006.322

S.Y. Chuang, H.L. Chen, S.S. Kuo, Y.H. Lai, C.C. Lee. Using direct nanoimprinting to study extraordinary transmission in textured metal films. Opt. Express 16, 2415 (2008).

https://doi.org/10.1364/OE.16.002415

F. Brizuela, Y. Wang, C.A. Brewer, F. Pedaci, W. Chao, E.H. Anderson, Y. Liu, K.A. Goldberg, P. Naulleau, P. Wachulak, M.C. Marconi, D.T. Attwood, J.J. Rocca, C.S. Menoni. Microscopy of extreme ultraviolet lithography masks with 13.2 nm tabletop laser illumination. Opt. Lett. 34, 271 (2009).

https://doi.org/10.1364/OL.34.000271

A. Arriola, A. Rodriguez, N. Perez, T. Tavera, M.J. Withford, A. Fuerbach, S.M. Olaizola. Fabrication of high quality sub-micron Au gratings over large areas with pulsed laser interference lithography for SPR sensors. Opt. Mater. Express 2, 1571 (2012).

https://doi.org/10.1364/OME.2.001571

M. Vala, J. Homola. Flexible method based on fourbeam interference lithography for fabrication of large areas of perfectly periodic plasmonic arrays. Opt. Express 22, 18778 (2014).

https://doi.org/10.1364/OE.22.018778

I.Z. Indutnyi, V.I. Myn'ko, P.E. Shepeliavyi, M.V. Sopins'kyi, V.M. Tkach, V.A. Dan'ko. Photonic nanostructure formation using interference lithography and deposition at a gtrazingn incidence angle in vacuum. Optoelektr. Poluprovodn. Tekhn. 46,4 9 (2011) (in Russian).

V. Dan'ko, I. Indutnyi, M. Min'ko, P. Shepelyavyi. Instrumentation and Data Processing. Interference photolithography with the use of resists on the basis of chalcogenide glassy semiconductors. Optoelectron. Instrument. Proc. 46, 483 (2010).

V.A. Dan'ko, G.V. Dorozinsky, I.Z. Indutnyi, V.I. Myn'ko, Yu.V. Ushenin, P.E. Shepeliavyi, M.V. Lukaniuk, A.A. Korchovyi, R.V. Khrystosenko. Nanopatterning Au chips for SPR refractometer by using interference lithography and chalcogenide photoresist. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics 18, 438 (2015).

https://doi.org/10.15407/spqeo18.04.438

Downloads

Опубліковано

2018-12-15

Як цитувати

Indutnyi, I. Z., Ushenin, Y. V., Myn’ko, V. I., Shepeliavyi, P. E., Lukaniuk, M. V., Korchovyi, A. A., & Khrystosenko, R. V. (2018). Наноструктурованi Au чiпи з пiдвищеною чутливiстю для сенсорiв на основi поверхневого плазмонного резонансу. Український фізичний журнал, 62(5), 365. https://doi.org/10.15407/ujpe62.05.0365

Завантажити посилання

Номер

Том 62 № 5 (2017)

Розділ

Оптика, лазери, квантова електроніка

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.