表面増強ラマン散乱とは何ですか？

表面増強ラマン散乱は、ラマン散乱に関連する通常微かな光信号がはるかに強力になり、より簡単に検出できるようになる現象です。 ラマン分光法は、材料または溶液に存在する分子を識別する便利な手段ですが、通常、この種の散乱を受けるのは、入射する光子ごとに1つだけで、効果が非常に弱いという事実によって制限されます。 表面増強ラマン散乱により、この効果は通常10 ^{3〜10 6}倍、場合によっては10 ¹⁵倍に大きく増幅されます。 強化は、調査中の分子が10〜100ナノメートル（nm）のスケールの粗さを持つ金属表面に接触または近接している場合に達成されます。 銀、金、銅が最良の結果をもたらし、通常はナノ粒子の形で使用されます。

表面増強ラマン散乱を達成するために使用されるレーザー光によってプラズモンが金属表面に生成されると、効果が生じると考えられています。 プラズモンは、金属の電子雲が光によって刺激されると、金属の表面を短距離移動する電磁波です。 ナノ粒子の表面の小さな不規則性は、ナノ粒子がクラスター状に配置されるとさらに増加する効果を集中させるようです。 生成された電磁場により、すぐ近くの分子が通常の場合よりもはるかに強いラマン散乱を示すように見えます。 また、化学がいくつかのケースで役割を果たす可能性があると考えられていますが、完全な説明に向けた研究が進行中です。

この効果により、表面増強ラマン分光法（SERS）が開発されました。これは、ラマン分光法の範囲を大幅に拡大し、高価な機器を必要とせずに非常に少量のさまざまな物質を検出できる技術です。 表面増強ラマン散乱効果を最大化するために、調査中の材料は適切な金属ナノ粒子、多くの場合コロイドに堆積されます。 従来のラマン分光法と同様に、単色レーザーを使用して必要な散乱を生成します。 散乱光を分析する前に、レイリー散乱によるより強い信号をフィルタリングして、ラマン信号を圧倒しないようにします。

表面増強ラマン散乱の感度が大幅に向上したため、この技術を使用して、微量の多数の化合物を検出できます。 そのため、法医学、環境モニタリング、医学に応用できます。 金属ナノ粒子は生細胞に導入できるため、SERSを使用して細胞の生化学的活性を調べることができます。