Near-field Interaction Effects in Colloidal Au-CeYTbF3 Nanoclusters in Plasmonic Immunoanalysis

Abstract

In this paper, we study the effects of plasmonic enhancement of spontaneous emission in colloidal nanoclusters consisting of Au nanoparticles and CeYTbF3 phosphor. Based on numerical sim- ulation of various configurations of Au nanoparticles coated with polyethyleneimine, we analyzed the dependence of plasmonic resonances position on their number and distribution. The results showed that optimal nanoparticle configurations significantly enhance luminescence in the desired region of the visible spectrum, which opens up new possibilities for the development of highly sensitive nanosensors. At the same time, nanoclusters located on a Au substrate demonstrate a lower luminescence enhance- ment coefficient, while having a more inhomogeneous distribution of the optical near field. The results obtained reveal the dependence of the luminescence enhancement coefficient on the spatial distribution and coordination number of plasmonic nanoparticles in a nanocluster. This study contributes to the understanding of plasmonic interaction mechanisms and its applications in optical immunoassay and biomedical technologies

В данной статье исследуются эффекты плазмонного усиления спонтанного излучения в коллоидных нанокластерах, состоящих из золотых наночастиц и люминофора CeYTbF3. С помощью моделирования различных конфигураций наночастиц, покрытых полиэтиленимином, была проанализирована зависимость положения плазмонных резонансов от их количества и расположения. Результаты показали, что оптимальные конфигурации наночастиц значительно усиливают люминесценцию в требуемой области видимого света, что открывает новые возможности для разработки высокочувствительных наносенсоров. В то же время нанокластеры, расположенные на золотой подложке, демонстрируют меньший коэффицент усиления люминесценции, обладая при этом более неоднородным распределением ближнего оптического поля. Полученные результаты раскрывают зависимость коэффициента усиления люминесценции от пространственного распределения и координационного числа плазмонных наночастиц в нанокластере. Данное исследование вносит вклад в понимание механизмов плазмонного взаимодействия и его применения в области оптического иммуноанализа и биомедицинских технологий