Wirkstoff-Substrat- Charakterisierung und Protein-Lokalisierung ...

Mit m = nMetall
nMatrix
2 Theoretische Grundlagen
′
′
ψL(mx)ψ L (x) − mψL(x)ψ L
bL = (mx)
ψL(mx)ξ ′
′ . (23)
L (x) − mξL(x)ψ L (mx)
dem relativen Brechungsindex des Partikelmaterials zur Umgebung
und den Riccati-Bessel-Funktionen L-ter Ordnung ψL und ξL. Der Größenparameter
(Mie-Parameter) x = 2πr ist das Verhältnis vom Partikelradius r zur Wellenlänge.
λ
Durch eine Erweiterung der Mie-Theorie lassen sich auch Extinktionsspektren von
sphärischen Nanopartikeln, die aus mehreren konzentrischen Lagen unterschiedlicher
Materialien aufgebaut sind, berechnen.
Elektromagnetische SERS-Verstärkung
Die Verstärkung V der Raman-Streuung eines Moleküls in der Nähe eines
Edelmetall-Nanopartikels hängt sowohl von dem lokalen elektrischen Feld der Parti-
kel bei der Anregungsfrequenz ν0 ab, als auch von der Stärke des Feldes der Stokes-
verschobenen Frequenz νsc = ν0 − νfi. (19)–(21)
V ∝ |E(ν0)| 2 |E(νsc)| 2 . (24)
In Abb. 4 ist schematisch die Verstärkung der elektromagnetischen Felder aufgezeigt.
Hierbei wirkt auf das Molekül das ursprüngliche Feld E0 und das in der Metallsphäre
induzierte Feld EM. Das elektromagnetische Feld an der Partikeloberfläche nimmt
mit dem Abstand d von der Oberfläche um den Faktor 1/d 3 ab. Je näher sich das
Molekül an der Partikeloberfläche befindet, umso größer ist der Beitrag von EM und
der Ramanprozess wird mit einer höheren lokalen Intensität angeregt.
In der zweiten Stufe der Verstärkung wird die Raman-Streuung des Moleküls
durch das Metallpartikel verstärkt. Das Metallpartikel selbst emittiert keine Raman-
Streuung. Die Emission des Partikels kann vielmehr als Antennen-Effekt verstanden
werden, bei dem ausschließlich der im Molekül induzierte Dipol als mögliche Ener-
giequelle zur Verfügung steht.
Die Emissionsverstärkung der Raman-Streuung erfolgt durch eine Änderung der
lokalen Modendichte des elektromagnetischen Feldes durch den plasmonischen Re-
sonator bei der Emissionsfrequenz νsc. Die Dephasierung eines Plasmons in Gold-
und Silber-Nanopartikeln kann 7 - 18 fs betragen. (22), (23) Wenn in diesem Zeitin-
tervall ein Molekül wieder durch das erhöhte elektrische Feld bei ν0 angeregt wird,
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