Dao động bằng phổ tán xạ Raman đang rất phổ biến tuy nhiên cũng tồn tại nhược điểm là xác suất xảy ra tán xạ Raman rất thấp nên cường độ của hiệu ứng Raman thấp, chỉ vào khoảng 10-8 cường độ ánh sáng tới. Do đó rất khó để thu được tín hiệu Raman của các phân tử với nồng độ thấp khiến cho việc ứng dụng của tán xạ Raman trong phân tích phát hiện các phân tử cũng bị hạn chế rất nhiều. Cho tới năm 1974, khi nhóm nghiên cứu của Fleischmann [17] đã phát hiện ra rằng sự có mặt của một điện cực Ag nhám sẽ làm cho cường độ tín hiệu Raman của pyridin hấp thụ trên bề mặt điện cực đó tăng lên nhiều lần. Từ đó, khởi đầu của hàng loạt các nghiên cứu tăng cường tán xạ Raman bề mặt phát triển mạnh mẽ như kỹ thuật phân tích xác định lượng vết của các phân tử hữu cơ và sinh học.
Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (Surface enhanced-Raman spectroscopy - SERS) là hiệu ứng mà trong đó cường độ của các vạch phổ tán xạ Raman của các đối tượng phân tử phân tích sẽ tăng lên nhiều lần do chúng nằm trong môi trường có chứa
bề mặt kim loại. Phương pháp này đã và đang được phát triển để phát hiện một lượng rất nhỏ của các phân tử hóa học hữu cơ hoặc sinh học,... SERS thậm chí có thể phát hiện tới đơn phân tử khi được tăng cường trong tán xạ Raman do phân tử hấp thụ trên bề mặt thô nhám của kim loại. Đi từ lý thuyết tới thực nghiệm SERS đã mở rộng hiệu quả ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm điện hóa học, vật lí, khoa học vật liệu, khoa học bề mặt, công nghệ nano và khoa học sự sống. SERS đã được nghiên cứu đối với một số lượng phân tử lớn bám trên bề mặt của một số kim loại khác nhau đặc biệt là bạc, đồng, vàng với các môi trường vật lý và hình thái khác nhau. Sự cộng hưởng lớn nhất quan sát được trên các bề mặt mà có độ nhám vào cỡ thang nano (10-100 nm) và phụ thuộc vào hình dạng hạt. Sự tăng cường điện từ đóng góp chủ yếu vào cơ chế tăng cường SERS. Cụ thể, trong một số trường hợp, sự tăng cường SERS có thể đạt đến 1014 thì sự tăng cường điện từ sẽ đóng góp ít nhất 108 – 1010, trong khi sự tăng cường hóa học chỉ đóng góp cỡ 101 – 102 [4].
Hệ số tăng cường SERS (SERS enhancement factor - EF) của một phân tử phân tích có thể được định nghĩa là sự so sánh giữa các cường độ của các đỉnh Raman thu được khi có và không sử dụng các đế SERS trong điều kiện thử nghiệm tương tự nhau [54]. Đây là một trong những thông số quan trọng nhất để đặc trưng cho hiệu ứng SERS.
Định nghĩa này cung cấp một sự so sánh giữa các hệ số tăng cường của các đế khác nhau và được trình bày về mặt toán học như sau:
(1.6) với INomarl và ISERS tương ứng là cường độ của phổ Raman của chất hữu cơ hấp được phụ trên đế SERS và đế không SERS. NNormal = CNormalV là số phân tử trung bình trong thể tích tán xạ V của phép đo Raman thông thường (không SERS), và NSERS là số phân tử trung bình hấp thụ trong thể tích tán xạ của các thí nghiệm SERS. Định nghĩa EF này thường xuyên được sử dụng bởi nhiều tác giả trong các công trình khác nhau và được coi là đại diện cho sự tăng cường của đế SERS. Để xác định số lượng của các phân tử góp phần vào việc tạo ra một phổ SERS không phải là một việc dễ dàng do đó thông thường người ta sẽ sử dụng một phép ước tính đối với số lượng
Trong lịch sử loại người hơn 3000 năm trước con người đã ý thức được vàng là kim loại quý giá, biết khai thác, gia công vàng tạo ra các đồ trang sức quý giá và dùng chúng như sự thể hiện cho sự phồn thịnh của cá nhân hay của cả một triều đại.
Trong nền công nghiệp nano hiện đại với những tiềm năng quan trọng của hạt nano vàng trong quang học, quang điện tử và y học vàng nano còn quí giá hơn vàng khối trên quan điểm thực dụng nhằm phụng sự cho cuộc sống và sự hạnh phúc của con người. Hạt nano vàng có rất nhiều ứng dụng trong đời sống như: trong điện tử, may mặc, nông nghiệp, công nghệ-kỹ thuật, đặc biệt trong y học, hạt nano vàng tạo ra bước tiến vượt bậc trong việc chuẩn đoán và điều trị bệnh. Chẳng hạn như các cấu trúc nano vàng có khả năng truyền thuốc hướng đích, diệt tế bào bệnh bằng hiệu ứng quang nhiệt, hiện ảnh tế bào ở mức độ phân tử và còn rất nhiều ứng dụng khác.
Đối với ngành y sinh các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở qui mô phân tử hay tế bào. Hiện nay, con người đã chế tạo ra các cấu trúc nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư. Tùy vào kích thước, hình dạng của nano vàng mà chúng được dùng vào các mục đích khác nhau.
Nghiên cứu cho thấy các thanh nano vàng có hai dải hấp thụ: dải LSPR theo chiều dọc và dải TSPR. Dải TSPR ít phụ thuộc hơn vào tỷ lệ đường kính chiều dài của các thanh, và dải TSPR là cố định và cường độ mảng yếu. Tuy nhiên, dải LSPR theo chiều dọc rất nhạy cảm với chiết suất của môi trường xung quanh phụ thuộc vào tỷ lệ đường kính chiều dài của thanh nano. Trong khi đó, với sự gia tăng tỷ lệ đường kính chiều dài của thanh nano vàng đã chuẩn bị, LSPR theo chiều dọc có sự dịch chuyển màu đỏ đáng kể và rất nhạy cảm với bất kỳ sự thay đổi nào của chiết suất của môi trường xung quanh. Do đó, việc tăng cường LSPR theo chiều dọc mang lại sự tối ưu hóa các đặc tính quang học, nhiệt và âm thanh của các thanh nano vàng, dẫn đến các ứng dụng rộng rãi hơn trong cảm biến, y sinh học, và phát hiện tế bào [23]. LSPR dọc phụ thuộc rất nhiều vào kích thước, hình thái và môi trường môi trường xung quanh của các thanh nano vàng, vì vậy nó có thể được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến khác nhau bằng cách thay đổi tỷ lệ của các thanh nano vàng. Tính chất này đã được chứng minh là hữu ích cho hiệu quả sinh học trong vài năm qua. Sau khi