Nanoantenna arrays driver en ny generation af fluorescensbaserede sensorer

Forskere fra universiteterne i Bristol og Bedfordshire, i samarbejde med det multinationale selskab ABB, har designet og testet en række plasmoniske nanoantenna-arrays, der kan føre til udviklingen af ​​en ny generation af ultrafølsomme og billige fluorescenssensorer, der kan bruges til at overvåge vandkvaliteten.

Arrays, designet og testet af Dr Neciah Dorh under sin ph.d. ved University of Bristol, er fremstillet af aluminium nanoroder fremstillet ved hjælp af elektronstråle litografi af kommercielle partner Kelvin Nanotechnologies. Nanoroderne, 50nm bred og 158nm lang, er designet til resonant at øge fluorescensemission fra en række forurenende stoffer i vand, såsom diesel eller tryptophan.

Arbejdet, udgivet i Anvendt optik , viser en seksdobling i målt fluorescensemission fra et farvestof. Undersøgelsen viser også, at ved korrekt design af arrayelementets afstand, stærkt retningsbestemt fluorescerende emission kan opnås, hvilket ville muliggøre design af stærkt integrerede multi-bølgelængdesensorer.

Arbejdet blev udført i professor Martin Cryans forskningsgruppe, som er en del af Photonics Research -gruppen i Institut for Elektroteknik.

Projektet var et samarbejde med Dr. Andrei Sarua fra School of Physics i Bristol og Dr. Tahmina Ajmal fra University of Bedfordshire, der tidligere havde arbejdet på Aquatest -projektet i Bristol.

Sammen udviklede de en prototype til lave omkostninger, LED -baseret sensorsystem, som de planlægger at udvikle yderligere til et håndholdt system, der kan indsættes i marken til overvågning af vandkvaliteten.

Martin Cryan, Professor i anvendt elektromagnetik og fotonik i afdelingen for elektrisk og elektronisk teknik ved University of Bristol og medforfatter på papiret, sagde:"Nanoantenna -arrays, som kan fremstilles ved produktionsteknikker til lavere omkostninger, såsom nanoimprint litografi, kan medføre betydelig følsomhedsforbedring, så laboratoriekvalitetsmålinger kan udføres i marken. Dette ville muliggøre implementering af eksterne trådløse sensornetværk til tidlig advarsel om forurening eller kontinuerlig overvågning af vandkvaliteten i følsomme miljøer. "

Dr Dorh, nu stipendiat inden for Bristols QTEC -program, har været med til at starte en opstart, FluoretiQ, udvikle kvanteforstærkede fluorescenssensorer, som hjælper med at identificere bakterier inden for få minutter frem for dage.

Professor Cryans gruppe udvikler systemer, der kan kombinere kraften i nanoantenner med kvanteforstærkede sensorer for at producere endnu flere følsomhedsforbedringer.