Guld nanocluster arrays vil forbedre SERS sensorer, siger forskere

Kræft, fødevarepatogener og biosikkerhedstrusler kan alle påvises ved hjælp af en sensorteknik kaldet overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS). For at imødekomme stadigt stigende krav til følsomhed, imidlertid, signaler fra molekyler af disse midler kræver massiv forbedring, og nuværende SERS-sensorer kræver optimering. Et A*STAR-ledet forskerhold fremstillede for nylig en bemærkelsesværdig regelmæssig række af tætpakkede guld nanopartikelklynger, der vil forbedre SERS-sensorer.

Såkaldt 'Raman-spredning' opstår, når molekyler spredes ved bølgelængder, der ikke er til stede i det indfaldende lys. Disse molekyler kan detekteres med SERS-sensorer ved at bringe dem i kontakt med en nanostruktureret metaloverflade, belyst af en laser ved en bestemt bølgelængde. En ideel sensoroverflade bør have:tæt pakning af metal nanostrukturer, almindeligvis guld eller sølv, at intensivere Raman-spredningen; et regulært arrangement til at producere repeterbare signalniveauer; økonomisk konstruktion; og robusthed til at opretholde sensorydeevne over tid.

Få af de mange eksisterende tilgange lykkes i alle kategorier. Imidlertid, Fung Ling Yap og Sivashankar Krishnamoorthy ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, og kolleger producerede tætpakkede nanocluster-arrays af guld, der inkorporerer de mest ønskværdige aspekter til fremstilling og sensing. Ud over flade overflader, det lykkedes dem også at belægge fiberoptiske spidser med tilsvarende tætte nanocluster-arrays (se billede), hvilket er en særlig lovende udvikling til fjernmålingsapplikationer, såsom overvågning af farligt affald.

Forskerne selv samlede deres arrays ved at bruge overflader belagt med selvdannede polymer nanopartikler, hvortil mindre guld-nanopartikler spontant hæftes for at danne klynger. "Det var overraskende at opnå funktionsseparationer på mindre end 10 nanometer pålideligt, med højt udbytte, på tværs af makroskopiske områder ved hjælp af simple processer såsom belægning og adsorption, " bemærker Krishnamoorthy.

Ved at variere størrelsen og densiteten af ​​polymeregenskaberne, Krishnamoorthy, Yap og kolleger justerede klyngestørrelsen og tætheden for at maksimere SERS-forbedringer. Deres teknik er også effektiv:mindre end 10 milligram af polymeren og 100 milligram guld nanopartikler er nødvendige for at belægge en hel wafer med en diameter på 100 millimeter, eller cirka 200 fiberspidser. Både polymeren og nanopartiklerne kan masseproduceres til lave omkostninger. I kraft af at være helt 'selvsamlet', teknikken kræver ikke specialudstyr eller et specialbygget renrum, så det er velegnet til lavpris kommerciel implementering.

"Vi har indgivet patentansøgninger for arbejdet i Singapore, USA og Kina, " siger Krishnamoorthy. "Arrays er tæt på kommerciel udnyttelse som engangssensorchips til brug i bærbare SERS-sensorer, i samarbejde med industrien."