Layered Double Hydroxide Nanosheets on Plasmonic Arrays of Al Nanocylinders for Optical Sensing

Our work, in collaboration with Osaka Pref. Univ., on LDH-on-Plasmonic Array for Optical Sensing is out in ACS Applied Nano Materials now! / LDHをプラズモニックアレイ上に堆積させ、光学センシング応用について調べた大阪府立大学との共同研究成果がACS Appled Nano Materials誌に掲載されました。桂君、阪本君、野口君、congratulations!!

ACS Appl. Nano Mater. 2020, XXXX, XXX, XXX-XXX https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c01001

Layered double hydroxides (LDHs) are the class of materials that act as adsorbents of anionic molecules due to positively-charged layered structure. One appealing application is optical sensors where the LDH acts as a host material to adsorb and concentrate the probes for the low-threshold detection. Here we demonstrate a prototype of optical sensing system combining the nanosized LDHs (nano-LDHs) and the plasmonic substrate. The nano-LDHs are obtained as a colloidal dispersion in aqueous solution with a high concentration via epoxide-driven alkalization. The nano-LDHs adsorb fluorescein molecules, a model analyte, faster than the micrometer-sized coarse LDH prepared by a standard method, thanks to nanosized geometry and highly homogeneous dispersion in water. After concentrating fluorescein molecules by adsorbing them on the surface, the nano-LDHs are deposited on the plasmonic substrate consisting of the periodic array of aluminum nanocylinders for the fluorescence detection of fluorescein. The substrate enhances the fluorescence from the nano-LDH film with fluorescein up to 18 times by resonating both the excitation and emission light with plasmonic modes. Given the fast adsorption of analyte by nano-LDHs and the benefit of the fluorescence enhancement by the plasmonic substrate to reduce the detection threshold, we believe that this strategy of concentrating analytes by nano-LDHs and detecting them by fluorescence enhanced on the plasmonic substrate is inspiring in building sensing systems./ 層状複水酸化物（LDH）は、正に帯電した層状構造により、陰イオン分子の吸着剤として機能する材料です。魅力的なアプリケーションの1つは、LDHが低しきい値検出用のプローブを吸着および濃縮するホスト材料として機能する光学センサーです。ここでは、ナノサイズのLDH（ナノLDH）とプラズモニック基板を組み合わせた光センシングシステムのプロトタイプを示します。ナノLDHは、エポキシド誘起アルカリ化により、高濃度の水溶液中のコロイド分散液として得られます。ナノLDHは、モデル分析対象であるフルオレセイン分子を、ナノサイズの形状と非常に均一な水中分散により、一般的な方法で調製されたマイクロメートルサイズの粗大化LDHよりも速く吸着します。フルオレセイン分子を表面に吸着させて濃縮した後、フルオレセインを蛍光検出するために、ナノLDHがアルミニウムナノシリンダーの周期的配列からなるプラズモン基板に堆積します。基板は、プラズモニックモードで励起光と放出光の両方を共鳴させることにより、フルオレセインを含むナノLDHフィルムからの蛍光を最大18回増強します。ナノLDHによる検体の高速吸着と、プラズモニック基板による蛍光増強による検出閾値の低減の利点を考慮すると、ナノLDHによる検体の濃縮とプラズモニック基板上で強化された蛍光による検出のこの戦略は、センシングシステムの構築に有効です。