Design and implementation of noble metal nanoparticle cluster arrays for plasmon enhanced biosensing

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 115, Issue 50, 2011, Pages 24437-24453

  Yan, Bo ^a   Boriskina, Svetlana V ^a   Reinhard, Börn M ^a  

^a BOSTON UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOSENSING; BUILDING BLOCKES; COUPLED PLASMON; ELECTROMAGNETIC FIELD ENHANCEMENT; ELECTROMAGNETIC MATERIALS; FEATURE SIZES; LENGTH SCALE; MULTISCALES; NANOPARTICLE CLUSTERS; NEAR FIELD INTERACTIONS; NOBLE METAL NANOPARTICLES; PHOTONIC MODES; POTENTIAL APPLICATIONS; SIZE AND SHAPE; STRUCTURAL COMPLEXITY; SURFACE ENHANCED RAMAN SPECTROSCOPY; TOP-DOWN FABRICATION; TOPDOWN;

ELECTROMAGNETIC FIELDS; FABRICATION; NANOPARTICLES; OPTICAL PROPERTIES; PRECIOUS METALS; SIZE SEPARATION;

PLASMONS;

EID: 84857263854     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp207821t     Document Type: Article

References (124)

1. Faraday, M. Philos. Trans. R. Soc. London 1857, 147, 145-181.
2. Zsigmondy, R. Justus Liebigs Ann. Chem. 1898, 301, 29-54.
3. Kreibig, U.; Vollmer, M. Optical properties of metal clusters; Springer: Berlin, 1995.
4. Yguerabide, J.; Yguerabide, E. E. Anal. Biochem. 1998, 262, 157-176.
5. Yguerabide, J.; Yguerabide, E. E. Anal. Biochem. 1998, 262, 137-156.
6. Henry, A. I.; Bingham, J. M.; Ringe, E.; Marks, L. D.; Schatz, G. C.; Van Duyne, R. P. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9291-9305.
7. Kelly, K. L.; Coronado, E.; Zhao, L. L.; Schatz, G. C. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 668-677.
8. Link, S.; El-Sayed, M. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 331-366.
9. Sherry, L. J.; Chang, S. H.; Schatz, G. C.; Van Duyne, R. P.; Wiley, B. J.; Xia, Y. N. Nano Lett. 2005, 5, 2034-2038.
10. Brust, M.; Walker, M.; Bethell, D.; Schiffrin, D. J.; Whyman, R. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 801-802.
11. Kimling, J.; Maier, M.; Okenve, B.; Kotaidis, V.; Ballot, H.; Plech, A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15700-15707.
12. Rodriguez-Fernandez, J.; Perez-Juste, J.; Javier Garcia de Abajo, F.; Liz-Marzan, L. M. Langmuir 2006, 22, 7007-7010.
13. Ziegler, C.; Eychmueller, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 4502-4506.
14. Schultz, S.; Smith, D. R.; Mock, J. J.; Schultz, D. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 996-1001.
15. Sonnichsen, C.; Geier, S.; Hecker, N. E.; von Plessen, G.; Feldmann, J.; Ditlbacher, H.; Lamprecht, B.; Krenn, J. R.; Aussenegg, F. R.; Chan, V. Z. H; et al. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 2949-2951.
16. Reinhard, B. M.; Siu, M.; Agarwal, H.; Alivisatos, A. P.; Liphardt, J. Nano Lett. 2005, 5, 2246-2252.
17. Zuloaga, J.; Prodan, E.; Nordlander, P. Nano Lett. 2009, 9, 887-891.
18. Yang, L. L.; Wang, H. Y.; Yan, B.; Reinhard, B. M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 4901-4908.
19. Rong, G. X.; Wang, H. Y.; Skewis, L. R.; Reinhard, B. M. Nano Lett. 2008, 8, 3386-3393.
20. Rong, G. X.; Wang, H. Y.; Reinhard, B. M. Nano Lett. 2010, 10, 230-238.
21. Wang, H.; Rong, G.; Yan, B.; Yang, L.; Reinhard, B. M. Nano Lett. 2011, 11, 498-504.
22. Wang, J.; Boriskina, S. V.; Wang, H.; Reinhard, B. M. ACS Nano 2011, 8, 6619-6628.
23. Markel, V. A.; Shalaev, V. M.; Zhang, P.; Huynh, W.; Tay, L.; Haslett, T. L.; Moskovits, M. Phys. Rev. B 1999, 59, 10903-10909.
24. Jeanmaire, D. L.; Vanduyne, R. P. J. Electroanal. Chem. 1977, 84, 1-20.
25. Hartstein, A.; Kirtley, J. R.; Tsang, J. C. Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 201-204.
26. Lakowicz, J. R. Anal. Biochem. 2005, 337, 171-194.
27. Kneipp, J.; Kneipp, H.; Kneipp, K. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1052-1060.
28. Palomba, S.; Danckwerts, M.; Novotny, L. J. Opt. A-Pure Appl. Opt. 2009, 11, 114030.
29. Shalaev, V. M.; Botet, R.; Tsai, D. P.; Kovacs, J.; Moskovits, M. Phys. A 1994, 207, 197-207.
30. Stockman, M. I.; Shalaev, V. M.; Moskovits, M.; Botet, R.; George, T. F. Phys. Rev. B 1992, 46, 2821-2830.
31. Christensen, K.; Molonev, N. R. Complexity and criticality; Imperial College Press: London, 2005.
32. Elghanian, R.; Storhoff, J. J.; Mucic, R. C.; Letsinger, R. L.; Mirkin, C. A. Science 1997, 277, 1078-1081.
33. Hao, E.; Schatz, G. C. J. Chem. Phys. 2004, 120, 357-366.
34. Jiang, J.; Bosnick, K.; Maillard, M.; Brus, L. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9964-9972.
35. Larkin, I. A.; Stockman, M. I.; Achermann, M.; Klimov, V. I. Phys. Rev. B 2004, 69.
36. Michaels, A. M.; Jiang, J.; Brus, L. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 11965-11971.
37. Su, K. H.; Wei, Q. H.; Zhang, X.; Mock, J. J.; Smith, D. R.; Schultz, S. Nano Lett. 2003, 3, 1087-1090.
38. Xu, H. X.; Aizpurua, J.; Kall, M.; Apell, P. Phys. Rev. E 2000, 62, 4318-4324.
39. Lalander, C. H.; Zheng, Y.; Dhuey, S.; Cabrini, S.; Bach, U. ACS Nano 2010, 4, 6153-6161.
40. Le, J. D.; Pinto, Y.; Seeman, N. C.; Musier-Forsyth, K.; Taton, T. A.; Kiehl, R. A. Nano Lett. 2004, 4, 2343-2347.
41. Xiao, S. J.; Liu, F. R.; Rosen, A. E.; Hainfeld, J. F.; Seeman, N. C.; Musier-Forsyth, K.; Kiehl, R. A. J. Nanopart. Res. 2002, 4, 313-317.
42. Lee, O.-S.; Prytkova, T. R.; Schatz, G. C. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1781-1788.
43. Adato, R.; Yanik, A. A.; Amsden, J. J.; Kaplan, D. L.; Omenetto, F. G.; Hong, M. K.; Erramilli, S.; Altug, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 19227-19232.
44. Chu, Y.; Schonbrun, E.; Yang, T.; Crozier, K. B. Appl. Phys. Lett. 2008, 93.
45. Zou, S. L.; Schatz, G. C. Chem. Phys. Lett. 2005, 403, 62-67.
46. Zou, S. L.; Schatz, G. C. Surf. Enhanced Raman Scattering: Phys. Appl. 2006, 103, 67-85.
47. Forestiere, C.; Miano, G.; Boriskina, S. V.; Dal Negro, L. Opt. Express 2009, 17, 9648-9661.
48. Gopinath, A.; Boriskina, S. V.; Feng, N. N.; Reinhard, B. M.; Dal Negro, L. Nano Lett. 2008, 8, 2423-2431.
49. Gopinath, A.; Boriskina, S. V.; Reinhard, B. M.; Dal Negro, L. Opt. Express 2009, 17, 3741-3753.
50. Abu Hatab, N. A.; Oran, J. M.; Sepaniak, M. J. ACS Nano 2008, 2, 377-385.
51. Anema, J. R.; Brolo, A. G.; Marthandam, P.; Gordon, R. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 17051-17055.
52. Bahns, J. T.; Imre, A.; Vlasko-Vlasov, V. K.; Pearson, J.; Hiller, J. M.; Chen, L. H.; Welp, U. Appl. Phys. Lett. 2007, 91.
53. Cerf, A.; Molnar, G.; Vieu, C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 2544-2550.
54. Ebbesen, T. W.; Lezec, H. J.; Ghaemi, H. F.; Thio, T.; Wolff, P. A. Nature 1998, 391, 667-669.
55. Fan, M. K.; Andrade, G. F. S.; Brolo, A. G. Anal. Chim. Acta 2011, 693, 7-25.
56. Guieu, V.; Lagugne-Labarthet, F.; Servant, L.; Talaga, D.; Sojic, N. Small 2008, 4, 96-99.
57. Hankus, M. E.; Li, H.; Gibson, G. J.; Cullum, B. M. Anal. Chem. 2006, 78, 7535-7546.
58. Haynes, C. L.; Van Duyne, R. P. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 5599-5611.
59. Haynes, C. L.; Van Duyne, R. P. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7426-7433.
60. Im, H.; Bantz, K. C.; Lindquist, N. C.; Haynes, C. L.; Oh, S.-H. Nano Lett. 2010, 10, 2231-2236.
61. Kahl, M.; Voges, E.; Kostrewa, S.; Viets, C.; Hill, W. Sens. Actuators, B 1998, 51, 285-291.
62. Stokes, D. L.; Chi, Z. H.; Vo-Dinh, T. Appl. Spectrosc. 2004, 58, 292-298.
63. Theiss, J.; Pavaskar, P.; Echternach, P. M.; Muller, R. E.; Cronin, S. B. Nano Lett. 2010, 10, 2749-2754.
64. Wang, Y.; Becker, M.; Wang, L.; Liu, J.; Scholz, R.; Peng, J.; Goesele, U.; Christiansen, S.; Kim, D. H.; Steinhart, M. Nano Lett. 2009, 9, 2384-2389.
65. White, D. J.; Stoddart, P. R. Opt. Lett. 2005, 30, 598-600.
66. Xie, F.; Drozdowicz-Tomsia, K.; Goldys, E. M. Chem. Phys. Lett. 2008, 466, 186-188.
67. Yu, Q.; Guan, P.; Qin, D.; Golden, G.; Wallace, P. M. Nano Lett. 2008, 8, 1923-1928.
68. Perney, N.M. B.; deAbajo,F.J. G.; Baumberg,J.J.; Tang, A.; Netti, M. C.; Charlton, M. D. B.; Zoorob, M. E. Phys. Rev. B 2007, 76, 035426.
69. Wang, J.; Yang, L. L.; Boriskina, S.; Yan, B.; Reinhard, B. M. Anal. Chem. 2011, 83, 2243-2249.
70. Yang, L.; Yan, B.; Premasiri, W. R.; Ziegler, L. D.; Dal Negro, L.; Reinhard, B. M. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 2619-2628.
71. Yan, B.; Thubagere, A.; Premasiri, W. R.; Ziegler, L. D.; Dal Negro, L.; Reinhard, B. M. ACS Nano 2009, 3, 1190-1202.
72. Yan, B.; Boriskina, S. V.; Reinhard, B. M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 4578-4583.
73. Mackowski, D. W. J. Opt. Soc. Am. A 1994, 11, 2851-2861.
74. Pellegrini, G.; Mattei, G.; Bello, V.; Mazzoldi, P. Mater. Sci. Eng., C Biol. Sci. 2007, 27, 1347-1350.
75. Xu, Y. L. Appl. Opt. 1995, 34, 4573-4588.
76. Bek, A.; Jansen, R.; Ringler, M.; Mayilo, S.; Klar, T. A.; Feldmann, J. Nano Lett. 2008, 8, 485-490.
77. Nordlander, P.; Oubre, C.; Prodan, E.; Li, K.; Stockman, M. I. Nano Lett. 2004, 4, 899-903.
78. Boriskina, S. V.; Dal Negro, L. Opt. Lett. 2010, 35, 538-540.
79. Gopinath, A.; Boriskina, S. V.; Premasiri, W. R.; Ziegler, L.; Reinhard, B. M.; Dal Negro, L. Nano Lett. 2009, 9, 3922-3929.
80. Alexander, K. D.; Skinner, K.; Zhang, S. P.; Wei, H.; Lopez, R. Nano Lett. 2010, 10, 4488-4493.
81. Huang, F. M.; Baumberg, J. J. Nano Lett. 2010, 10, 1787-1792.
82. Rechberger, W.; Hohenau, A.; Leitner, A.; Krenn, J. R.; Lamprecht, B.; Aussenegg, F. R. Opt. Commun. 2003, 220, 137-141.
83. Talley, C. E.; Jackson, J. B.; Oubre, C.; Grady, N. K.; Hollars, C. W.; Lane, S. M.; Huser, T. R.; Nordlander, P.; Halas, N. J. Nano Lett. 2005, 5, 1569-1574.
84. Yang, L. L.; Yan, B.; Reinhard, B. M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15989-15996.
85. Le Ru, E. C.; Etchegoin, P. G. Chem. Phys. Lett. 2006, 423, 63-66.
86. Yan, B.; Reinhard, B. M. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 1595-1598.
87. Khoury, C. G.; Vo-Dinh, T. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18849-18859.
88. Bakr, O. M.; Wunsch, B. H.; Stellacci, F. Chem. Mater. 2006, 18, 3297-3301.
89. Bae, Y.; Kim, N. H.; Kim, M.; Lee, K. Y.; Han, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5432-5433.
90. Jin, R. C.; Cao, Y. C.; Hao, E. C.; Metraux, G. S.; Schatz, G. C.; Mirkin, C. A. Nature 2003, 425, 487-490.
91. Chuntonov, L.; Haran, G. Nano Lett. 2011, 11, 2440-2445.
92. Hentschel, M.; Dregely, D.; Vogelgesang, R.; Giessen, H.; Liu, N. ACS Nano 2011, 5, 2042-2050.
93. Hentschel, M.; Saliba, M.; Vogelgesang, R.; Giessen, H.; Alivisatos, A. P.; Liu, N. Nano Lett. 2010, 10, 2721-2726.
94. Lassiter, J. B.; Sobhani, H.; Fan, J. A.; Kundu, J.; Capasso, F.; Nordlander, P.; Halas, N. J. Nano Lett. 2010, 10, 3184-3189.
95. Mirin, N. A.; Bao, K.; Nordlander, P. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4028-4034.
96. Rahmani, M.; Tahmasebi, T.; Lin, Y.; Lukiyanchuk, B.; Liew, T. Y. F.; Hong, M. H. Nanotechnology 2011, 22, 245204.
97. Fan, J. A.; Wu, C.; Bao, K.; Bao, J.; Bardhan, R.; Halas, N. J.; Manoharan, V. N.; Nordlander, P.; Shvets, G.; Capasso, F. Science 2010, 328, 1135-1138.
98. Luk'yanchuk, B.; Zheludev, N. I.; Maier, S. A.; Halas, N. J.; Nordlander, P.; Giessen, H.; Chong, C. T. Nat. Mater. 2010, 9, 707-715.
99. Brandl, D. W.; Mirin, N. A.; Nordlander, P. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 12302-12310.
100. Enoch, S.; Quidant, R.; Badenes, G. Opt. Express 2004, 12, 3422-3427.
101. Alegret, J.; Rindzevicius, T.; Pakizeh, T.; Alaverdyan, Y.; Gunnarsson, L.; Kall, M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 14313-14317.
102. Brown, R. J. C.; Milton, M. J. T. J. Raman Spectrosc. 2008, 39, 1313-1326.
103. Fu, C. Y.; Koh, Z. Y.; Kho, K. W.; Dinish, U. S.; Praveen, T.; Malini, O. Proc. SPIE 2009, 7397, 739717.
104. Lin, X. M.; Cui, Y.; Xu, Y. H.; Ren, B.; Tian, Z. Q. Anal. Bioanal.Chem. 2009, 394, 1729-1745.
105. Gunnarsson, L.; Bjerneld, E. J.; Xu, H.; Petronis, S.; Kasemo, B.; Kall, M. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 802-804.
106. George, V.; Jenkins, T. F.; Leggett, D. C.; Cragin, J. H.; Phelan, J.; Oxley, J.; Pennington, J. Proc. SPIE 1999, 7310, 258-269.
107. Meisenheimer, J. Justus Liebigs Ann. Chem. 1902, 323, 205-246.
108. Sylvia, J. M.; Janni, J. A.; Klein, J. D.; Spencer, K. M. Anal. Chem. 2000, 72, 5834-5840.
109. Jarvis, R. M.; Brooker, A.; Goodacre, R. Faraday Discuss. 2006, 132, 281-292.
110. Jarvis, R. M.; Goodacre, R. Anal. Chem. 2004, 76, 40-47.
111. Premasiri, W. R.; Moir, D. T.; Klempner, M. S.; Krieger, N.; Jones, G.; Ziegler, L. D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 312-320.
112. Premasiri, W. R.; Moir, D. T.; Klempner, M. S.; Ziegler, L. D. Surface Enhanced Raman Scattering of Microorganisms; Oxford University Press: New York, 2007.
113. Guicheteau, J.; Christesen, S. D. Proc. SPIE 2006, 6218, G2180-G2180.
114. Guzelian, A. A.; Sylvia, J. M.; Janni, J. A.; Clauson, S. L.; Spencer, K. M. Proc. SPIE 2002, 4577, 182-192.
115. Kahraman, M.; Yazici, M. M.; Sahin, F.; Culha, M. Langmuir 2008, 24, 894-901.
116. Liu, T.-T.; Lin, Y.-H.; Hung, C.-S.; Liu, T.-J.; Chen, Y.; Huang, Y.-C.; Tsai, T.-H.; Wang, H.-H.; Wang, D.-W.; Wang, J.-K.; et al. PLoS One 2009, 4, e5470.
117. Liu, Y. L.; Chen, Y. R.; Nou, X. W.; Chao, K. L. Appl. Spectrosc. 2007, 61, 824-831.
118. Marotta, N. E.; Bottomley, L. A. Appl. Spectrosc. 2010, 64, 601-606.
119. Premasiri, W. R.; Gebregziabher, Y.; Ziegler, L. D. Appl. Spectrosc. 2011, 65, 493-499.
120. Zeiri, L.; Bronk, B. V.; Shabtai, Y.; Eichler, J.; Efrima, S. Appl. Spectrosc. 2004, 58, 33-40.
121. Patel, I. S.; Premasiri, W. R.; Moir, D. T.; Ziegler, L. D. J. Raman Spectrosc. 2008, 39, 1660-1672.
122. Wold, S.; Esbensen, K.; Geladi, P. Chemometr. Intell. Lab. 1987, 2, 37-52.
123. Boriskina, S. V.; Reinhard, B. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 3147-3151.
124. Boriskina, S. V.; Reinhard, B. M. Opt. Express 2011, 19, 22305-22315.