Ny sammenkrølning af hybride nanostrukturer øger SERS-følsomheden

Ved at "krølle" for at øge overfladearealet af grafen-guld nanostrukturer, forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign har forbedret følsomheden af ​​disse materialer, åbner døren til nye muligheder inden for elektronik og optiske sensing-applikationer.

"Jeg tror, ​​at dette arbejde vil gavne forskere inden for overfladeplasmonik ved at give en ny strategi/design til at forbedre den overfladeforstærkede Raman-spektroskopi (SERS) detektionsgrænse, " forklarede SungWoo Nam, en assisterende professor i mekanisk videnskab og teknik ved Illinois. "Denne mekaniske selvsamlingsstrategi vil muliggøre en ny klasse af 3D-krøllet grafen?guld (Au) nanostrukturer. Den forbedrede grænse for detektion vil tillade biomedicinsk og miljømæssig overvågning af vigtige molekyler ved høj følsomhed ved hjælp af SERS."

SERS-substrater bruges til at analysere sammensætningen af ​​en blanding på nanoskala til miljøanalyse, lægemidler, materialevidenskab, kunst og arkæologisk forskning, Retsmedicinsk videnskab, lægemiddeldetektion, fødevarekvalitetsanalyse, og enkeltcelledetektering. Ved at bruge en kombination af guld og sølv nanopartikler og Raman-aktive farvestoffer, SERS-substrater kan også målrette mod specifikke DNA- og RNA-sekvenser.

"Dette arbejde demonstrerer den unikke evne til mikro-til-nanoskala topografier af de krøllede grafen-Au nanopartikler - højere tæthed, tredimensionelle optisk aktive materialer - der forstærkes yderligere af dannelsen af ​​varme punkter, bringer nanopartiklerne tættere på, " forklarede Juyoung Leem, en kandidatstuderende og førsteforfatter til undersøgelsen, "Mekanisk selvsamlet, Tredimensionelt grafen? Guldhybrid nanostrukturer til avancerede nanoplasmoniske sensorer, " offentliggjort i Nano bogstaver . "Vi opnår en 3D-krøllet grafen? Au hybrid struktur ved delaminering og knækning af grafen på en termisk aktiveret, krympende polymersubstrat. Denne proces muliggør præcis kontrol og optimering af størrelsen og afstanden mellem integrerede Au-nanopartikler på krøllet grafen for højere SERS-forbedring."

Ifølge Nam, den 3D-krøllede grafen? Au nanostruktur udviser mindst én størrelsesorden højere SERS-detektionsfølsomhed end konventionel, flad grafen? Au nanopartikler. Hybridstrukturen er yderligere tilpasset til vilkårlige kurvelineære strukturer for avancerede, in situ, ikke-konventionelle, applikationer til nanoplasmonisk sensing.

"En af de vigtigste fordele ved vores platform er dens evne til at krympe og tilpasse sig komplekse 3D-overflader, en funktion, der ikke tidligere er påvist, " sagde Nam. En tidligere undersøgelse fra Nams forskningsgruppe var den første til at demonstrere grafenintegration på en række forskellige mikrostrukturerede geometrier, inklusive pyramider, søjler, kupler, omvendte pyramider, og 3D-integration af guld nanopartikel/grafen hybridstrukturer.