Ny sanseteknologi kan hjælpe med at opdage sygdomme, svigagtig kunst, kemiske våben

Fra lufthavnssikkerhed, der opdager sprængstof til kunsthistorikere, der godkender malerier, samfundets tørst efter kraftfulde sensorer vokser.

I betragtning af at få sanseteknikker kan matche buzz skabt af overfladeforbedret Raman-spektroskopi (SERS).

Opdaget i 1970'erne, SERS er en sensorteknik, der er værdsat for sin evne til at identificere kemiske og biologiske molekyler på en lang række områder. Det er blevet kommercialiseret, men ikke bredt, fordi de materialer, der kræves til at udføre registreringen, forbruges ved brug, relativt dyrt og kompliceret at fremstille.

Det kan snart ændre sig.

Et internationalt forskerhold ledet af University at Buffalo ingeniører har udviklet nanoteknologi, der lover at gøre SERS enklere og mere overkommelig.

Beskrevet i et forskningsartikel, der blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Avancerede materialegrænseflader , fotonikens fremskridt har til formål at forbedre vores evne til at opdage spormængder af molekyler ved sygdomme, kemiske krigsførelsesmidler, falske malerier, miljøforurenende stoffer og mere.

"Den teknologi, vi udvikler - et universelt substrat til SERS - er en unik og potentielt, revolutionerende træk. Det giver os mulighed for hurtigt at identificere og måle kemiske og biologiske molekyler ved hjælp af en bredbåndsnanostruktur, der fanger en lang række lys, "sagde Qiaoqiang Gan, UB -assisterende professor i elektroteknik og undersøgelsens hovedforfatter.

Yderligere forfattere af undersøgelsen er:UB -ph.d. -kandidater i elektroteknik Nan Zhang, Kai Liu, Haomin -sang, Xie Zeng, Dengxin Ji og Alec Cheney; og Suhua Jiang, lektor i materialevidenskab, og Zhejun Liu, Ph.d. -kandidat, begge på Fudan University i Kina.

Når en kraftfuld laser interagerer kemiske og biologiske molekyler, processen kan stimulere vibrationstilstande for disse molekyler og producere uelastisk spredning, også kaldet Raman -spredning, af lys. Når strålen rammer disse molekyler, det kan producere fotoner, der har en anden frekvens end laserlyset. Selvom den er rig på detaljer, signalet fra spredning er svagt og svært at læse uden en meget kraftig laser.

SERS løser problemet ved at anvende et nanopatroneret substrat, der væsentligt forbedrer lysfeltet ved overfladen og, derfor, Ramans spredningsintensitet. Desværre, traditionelle substrater er typisk designet til kun et meget snævert område af bølgelængder.

Dette er problematisk, fordi forskellige substrater er nødvendige, hvis forskere vil bruge en anden laser til at teste de samme molekyler. På tur, dette kræver flere kemiske molekyler og substrater, stigende omkostninger og tid til at udføre testen.

Det universelle substrat løser problemet, fordi det kan fange en lang række bølgelængder og presse dem ind i meget små huller for at skabe et stærkt forbedret lysfelt.

Teknologien består af en tynd film af sølv eller aluminium, der fungerer som et spejl, og et dielektrisk lag af silica eller aluminiumoxid. Det dielektriske adskiller spejlet med små metal -nanopartikler, der er tilfældigt fordelt på toppen af ​​substratet.

"Det virker på samme måde som en skeletnøgle. I stedet for at have brug for alle disse forskellige substrater til at måle Raman -signaler, der er begejstrede for forskellige bølgelængder, du skal til sidst kun have en. Ligesom en skeletnøgle, der åbner mange døre, "Sagde Zhang.

"Anvendelserne af en sådan enhed er vidtgående, "sagde Kai Liu." Evnen til at opdage endnu mindre mængder kemiske og biologiske molekyler kan være nyttig med biosensorer, der bruges til at opdage kræft, Malaria, HIV og andre sygdomme. "

Det kan være nyttigt at identificere kemikalier, der bruges i visse typer maling. Dette kan være nyttigt at opdage forfalskede kunstværker samt genoprette aldrende kunstværker. Også, teknologien kan forbedre forskernes evne til at opdage spormængder af toksiner i luften, vand eller andre rum, der er årsager til sundhedsmæssige bekymringer. Og det kan hjælpe med påvisning af kemiske våben.

National Science Foundation støttede forskningen i et tilskud til at udvikle et real-time in-vivo biosensingssystem. Gan deler tilskuddet med Josep M. Jornet og Zhi Sun, begge adjunkt i elektroteknik på UB.