Ny optisk enhed kan hjælpe med at opdage stoffer, kemikalier til bombefremstilling og mere

Forskere søger efter spor af stoffer, komponenter, der fremstiller bomber og andre kemikalier, kaster ofte lys over de materialer, de analyserer.

Denne tilgang er kendt som spektroskopi, og det involverer at studere, hvordan lys interagerer med spormængder af stof.

En af de mere effektive typer spektroskopi er infrarød absorptionsspektroskopi, som videnskabsmænd bruger til at finde præstationsfremmende stoffer i blodprøver og små partikler af sprængstof i luften.

Mens infrarød absorptionsspektroskopi er forbedret meget i de sidste 100 år, forskere arbejder stadig på at gøre teknologien mere følsom, billig og alsidig. En ny lysfangende sensor, udviklet af et University at Buffalo-ledet team af ingeniører og beskrevet i en Avancerede optiske materialer undersøgelse, gør fremskridt på alle tre områder.

"Denne nye optiske enhed har potentialet til at forbedre vores evner til at detektere alle slags biologiske og kemiske prøver, " siger Qiaoqiang Gan, Ph.d., lektor i elektroteknik på Ingeniørhøjskolen ved UB, og undersøgelsens hovedforfatter.

Medforfattere til undersøgelsen - som vil blive vist på forsiden af ​​septembers Advanced Science News - i Gans laboratorium inkluderer Dengxin Ji, Alec Cheney, Nan Zhang Haomin Song og Xie Zeng, PhD. Yderligere medforfattere kommer fra Fudan University og Northeastern University, både i Kina, og University of Wisconsin-Madison.

Sensoren arbejder med lys i det mellem-infrarøde bånd af det elektromagnetiske spektrum. Denne del af spektret bruges til de fleste fjernbetjeninger, nattesyn og andre applikationer.

Sensoren består af to lag metal med en isolator ind imellem. Ved at bruge en fabrikationsteknik kaldet atomlagsaflejring, forskere skabte en enhed med mellemrum mindre end fem nanometer (et menneskehår er omkring 75, 000 nanometer i diameter) mellem to metallag. Vigtigt, disse huller gør det muligt for sensoren at absorbere op til 81 procent af infrarødt lys, en væsentlig forbedring fra de 3 procent, som lignende enheder absorberer.

Processen er kendt som overfladeforstærket infrarød absorption (SEIRA) spektroskopi. Sensoren, som fungerer som et substrat for de materialer, der undersøges, øger følsomheden af ​​SEIRA-enheder til at detektere molekyler ved 100 til 1, 000 gange større opløsning end tidligere rapporterede resultater.

Stigningen gør SEIRA-spektroskopi sammenlignelig med en anden type spektroskopisk analyse, overfladeforstærket Rama-spektroskopi (SERS), som måler lysspredning i modsætning til absorption.

SEIRA-fremstødet kan være nyttigt i ethvert scenarie, der kræver at finde spor af molekyler, siger Ji, den første forfatter og en ph.d.-kandidat i Gans laboratorium. Dette omfatter, men er ikke begrænset til lægemiddeldetektion i blod, materialer til bombefremstilling, svigagtig kunst og sporing af sygdomme.

Forskere planlægger at fortsætte forskningen, og undersøg, hvordan man kombinerer SEIRA-fremgangen med banebrydende SERS.