Atskirų katalizės procesų nanoreaktoriuose ir labai mažų biocheminių medžiagų koncentracijų optinis stebėjimas yra labai pageidaujamos galimybės, kurių įgyvendinimas po truputį artėja. Mokslininkai, dirbantys Lorenco Berklio nacionalinės laboratorijos JAV Energijos departamente ir bendradarbiaujantys su Štutgarto universiteto kolegomis iš Vokietijos, pirmą kartą eksperimentiškai parodė antenos sustiprintą dujų molekulių registravimą vienos dalelės lygmenyje. 
Atskirų katalizės procesų nanoreaktoriuose ir labai mažų biocheminių medžiagų koncentracijų optinis stebėjimas yra labai pageidaujamos galimybės, kurių įgyvendinimas po truputį artėja. Mokslininkai, dirbantys Lorenco Berklio nacionalinės laboratorijos JAV Energijos departamente (U.S. Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory) ir bendradarbiaujantys su Štutgarto (Stuttgart) universiteto kolegomis iš Vokietijos, pirmą kartą eksperimentiškai parodė antenos sustiprintą dujų molekulių registravimą vienos dalelės lygmenyje. Patalpinę paladžio nanodalelę ant aukso nanoantenos galo fokuso, jie stebėjo paladžio optinių savybių pokyčius esant aplinkoje vandenilio molekulėms.
„Pademonstravome rezonansinį antenos stiprinimą jai sąveikaujant su vandenilio molekule. Stiprinimas vyksta regimoje spektro srityje. Eksperimente buvo paladžio nanodalelė, patalpinta aukso nanoantenos nanofokuse, – pasakė Polas Alivisatosas, kuris yra Berklio laboratorijos direktorius ir tyrimų grupės vadovas. – Mūsų idėja pateikia bendrą šabloną, kaip stiprinti plazmoninius signalus vienos dalelės lygmenyje. Darbas tiesia kelius link cheminių reakcijų ir katalizės procesų nanorektoriuose optinio stebėjimo. Metodas gali būti taikomas ir kuriant lokalius biojutiklius.“
Viršutinėje dalyje parodyta vandenilio molekulė (raudona) sugerta paladžio nanodalelės. Sugerties metu spinduliuojama šviesa, kurią yra sudėtinga užregistruoti. Apatinėje paveikslėlio dalyje parodyta aukso antenos sustiprinta šviesos sklaida, kurios metu stebimas spektro linijų poslinkis
Alivisatosas taip pat yra ir straipsnio, atspausdinto „Nature Materials“ žurnale, bendraautorius. Viena karščiausių šių dienų technologijos tyrimo sričių yra plazmonika – elektromagnetinių bangų išlaikymas (angl. confinement) srityje, kuri yra mažesnė už krentančio fotono pusę bangos ilgio tuščioje erdvėje. Paprastai tai atliekama dviejų medžiagų sandūroje. Viena medžiaga yra metalas, dažniausiai auksas, o kita medžiaga – dielektrikas, dažniausiai oras. Elektromagnetinių bangų išlaikymas tokioje metalinėje nanostruktūroje generuoja elektronų paviršines bangas, vadinamas „plazmonais“. Virpesių dažnio atitikimas tarp plazmonų ir krentančios elektromagnetinės bangos sukuria reiškinį, kuris yra žinomas lokalizuotų paviršinių plazmonų rezonanso pavadinimu. Šis reiškinys gali sukoncentruoti elektromagnetinį lauką į mažiau kaip kelių šimtų kubinių nanometrų tūrį. Bet koks objektas, patekęs į tokį išlaikytą lauką, dažnai vadinamą nanofokusu, patirs lokalizuotų paviršinių plazmonų rezonanso reiškinį, kuris gali būti registruojamas tamsaus lauko mikroskopijos (angl. dark-field microscopy).
„Nanofokusavimas turi tiesioginį pritaikymą plazmoniniams jutikliams, – pasakė Laura Na Liu, kuri yra pirmoji straipsnio bendraautorė ir kuri vykdyto darbo metu buvo Alivisatoso grupėje, tačiau dabar dirba Raiso (Rice) universitete. – Metalinės nanostruktūros su aštriais kampais bei kraštais, kurie suformuoja viršūnes, ypatingai tinka kuriant plazmoninius jutiklius, kadangi elektromagnetinių bangų lauko stiprumas yra labai padidinamas tokiame mažame tūryje“.
Plazmoniniai jutikliai ypač yra daug žadantys registruojant degias dujas, tokias kaip vandenilis, kai kitų jutiklių, kurie remiasi elektriniais matavimais, panaudojimas susiduria su saugumo problemomis dėl galimos kibirkšties rizikos. Vandenilis, pavyzdžiui, gali užsidegti ir sprogti, kai koncentracija siekia tik keturis procentus. Paladis buvo tiriamas kaip pagrindinis kandidatas bandant vandenilio plazmoninius jutiklius, nes jis greitai sugeria vandenilį, pakeisdamas jo elektrines ir dielektrines savybes. Tačiau paladžio nanodalelėse rezonanso reiškinys pasižymi plačiu spektriniu profiliu, o tai sunkiai pritaikoma registravimui.
„Mūsų rezonansinės antenos stiprinimo schemoje mes naudojame dvigubą elektronų pluoštelio litografiją kartu su dviguba pakėlimo procedūra siekdami patalpinti paladžio nanodaleles aukso nanoantenos nanofokuse, – pasakė Liu. – Labai sustiprinti aukso dalelės plazmonai pajunta paladžio nanodalelės dielektrinės funkcijos pasikeitimus, kai paladžio nanodalelė sugeria arba atpalaiduoja vandenilį. Sistemos išspinduliuota šviesa registruojama tamsaus lauko mikroskopu, prie kurio prijungtas spektrometras. Todėl pasikeitimai, susiję su lokalizuotų paviršinių plazmonų rezonansu, nuskaitomi realiame laike.“
Alivisatosas, Liu ir bendraautoriai pastebėjo, kad antenos stiprinimo reiškinys gali būti valdomas keičiant atstumą tarp paladžio nanodalelės ir aukso antenos bei naudojant skirtingos formos antenas.
„Stiprinant jutiklio signalus vienos dalelės lygmenyje mes nesusiduriame su statistinėmis ir suvidurkintomis charakteristikomis, būdingomis matuojant visą dalelių ansamblį, – paaiškino Liu. – Svarbu ir tai, kad mūsų antenos sustiprintas plazmoninis detektavimo metodas atitinka neinvazinę schemą, todėl tinka ir biologiniams audiniams bei gali būti naudojamas vandeningose aplinkose. Tai reiškia, kad tokiu pagrindu veikiantys jutikliai gali būti pritaikyti įvairiose fizikinėse ir biocheminėse medžiagose.“
Elektroninės mikroskopijos vaizdas, kuriame parodyta paladžio nanodalelė su aukso nanoantena, kuri stiprina plazmoninį signalą
Pavyzdžiui, pakeitus paladžio nanodaleles kitais nanokatalizatoriais, tokiais kaip rutenis, platina ir manganas, grupės sukurta antenos stiprinama plazmoninė detektavimo schema gali būti panaudota stebint kitų, be vandenilio, svarbių dujų būvimą aplinkoje, pavyzdžiui, anglies dioksido ar azoto suboksidus. Šis metodas taip pat siūlo ir kitas plazmoninio detektavimo alternatyvas. Antenos sustiprintas plazmoninis detektavimas potencialiai gali būti naudingas stebint ir atskirų dalelių cheminius bei biologinius įvykius.
„Manome, kad mūsų antenos stiprinamas plazmoninis detektavimo metodas galės pasitarnauti kaip jungiamoji grandis tarp plazmonikos ir biochemijos, – pasakė Liu. – Plazmoninis detektavimas siūlo ypatingus įrankius optiškai stebint biocheminius procesus, kurie yra optiškai neaktyvūs gamtoje. Svarbu, kad plazmoninės nanostruktūros, pagamintos iš aukso ir sidabro negęsta ir nemirksi. Tai sudaro sąlygas pastoviam stebėjimui, kuris yra ypatingai svarbus nagrinėjant biocheminį elgesį.“
