Interferometric Scattering Spectromicroscopy of Plasmonic Nanoparticles

Abstract

간섭계 기반 산란 현미경 (iSCAT)은 작은 금속 나노 입자 혹은 단백질 분자와 같은 단일 산란체의 고감도, 실시간, 라벨 없는 감지 및 영상화를 가능하게 하는 강력한 도구이다. 하지만 iSCAT을 이용한 분광학적 연구는 거의 수행되지 않았는데 이는 iSCAT 신호에서 세기와 위상을 분리하여 해석해 내기 어렵기 때문이다.

본 연구에서 우리는 iSCAT에 가변 레이저 광원을 접목하여 새로운 분광현미경 기법을 개발하였다. Gouy-위상 변화의 분석을 통해 단일 금 나노 입자의 iSCAT 신호로부터 국지화된 표면 플라즈몬 공명 스펙트럼을 성공적으로 복원해 낼 수 있었으며, 이러한 실험 결과의 타당성을 증명하기 위해 유한차분 시간영역 (FDTD) 이론 계산을 수행하였다.

Interferometric scattering microscopy (iSCAT) is a powerful technique that enables label-free, real-time, and highly sensitive detection of a single scatterer like metal nanoparticle or small protein molecule. However, spectroscopic studies using iSCAT have been rarely performed because it is hard to separately interpret the intensity and phase information from iSCAT signal.

In this work, we newly developed new spectromicroscopy technique using iSCAT with tunable laser light source. By analyzing Gouy-phase shift, we successfully recovered the full localized surface plasmon resonance (LSPR) spectra from the iSCAT signal of the single gold nanoparticle (AuNP). Finite difference time domain (FDTD) simulation was performed to verify our experimental data.