Engineering single-molecule fluorescence with asymmetric nano-antennas.
Engineering single-molecule fluorescence with asymmetric nano-antennas.
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使用不对称纳米天线设计单分子荧光
DOI：
10.1038/s41377-021-00522-9
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发表时间：
2021-04-14
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Tan YW
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhao W;Tian X;Fang Z;Xiao S;Qiu M;He Q;Feng W;Li F;Zhang Y;Zhou L;Tan YW
作为生物科学中分子动力学研究的有力工具，单分子荧光检测提供了隐藏在系综实验中的动力学信息。近红外荧光(NIR)特别有用，因为与可见光荧光相比，它提供了更高的信噪比和更高的组织穿透深度。然而，大多数近红外荧光团的量子产率很低，这使得单分子荧光的检测变得困难。在这里，我们使用不对称等离子体纳米天线将典型的近红外染料AIEE1000的荧光强度提高高达405倍。非对称纳米天线的这种增强主要是通过提高量子产率(~80%)来实现的，而不是通过增加局域场来实现的，这会降低分子的光稳定性。我们的耦合模理论分析表明，这种增强来自于天线和分子之间的共振匹配，更重要的是，通过设计不对称结构来优化近场和远场模式之间的耦合。我们的工作为在近红外区域工程化单分子荧光提供了一种通用的方案。
As a powerful tool for studying molecular dynamics in bioscience, single-molecule fluorescence detection provides dynamical information buried in ensemble experiments. Fluorescence in the near-infrared (NIR) is particularly useful because it offers higher signal-to-noise ratio and increased penetration depth in tissue compared with visible fluorescence. The low quantum yield of most NIR fluorophores, however, makes the detection of single-molecule fluorescence difficult. Here, we use asymmetric plasmonic nano-antenna to enhance the fluorescence intensity of AIEE1000, a typical NIR dye, by a factor up to 405. The asymmetric nano-antenna achieve such an enhancement mainly by increasing the quantum yield (to ~80%) rather than the local field, which degrades the molecules’ photostability. Our coupled-mode-theory analysis reveals that the enhancements stem from resonance-matching between antenna and molecule and, more importantly, from optimizing the coupling between the near- and far-field modes with designer asymmetric structures. Our work provides a universal scheme for engineering single-molecule fluorescence in the near-infrared regime.
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Au KF