Sølv nanopartikler tager spektroskopi til en ny dimension

Da medicin og farmakologi undersøger processer i nanoskala, det er blevet stadig vigtigere at identificere og karakterisere forskellige molekyler. Raman spektroskopi, en teknik, der udnytter spredningen af ​​laserlys til at identificere molekyler, har en begrænset kapacitet til at detektere molekyler i fortyndede prøver på grund af lavt signaludbytte.

Et team af forskere fra University of Hyderabad i Indien har forbedret molekylær detektion ved lave koncentrationsniveauer ved at arrangere nanopartikler på nanotråde for at forbedre Raman-spektroskopi. Overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS) bruger elektromagnetiske felter til at forbedre Raman-spredning og øge følsomheden i standardfarvestoffer såsom R6G med mere end en milliard gange.

Holdet dekorerede lodret justerede siliciumnanotråde med varierende tætheder af sølvnanopartikler, udnytte og forbedre strukturens 3D-form. Deres resultater, offentliggjort i Journal of Applied Physics , viser, at deres enhed var i stand til at forbedre Raman-signalerne for cytosinprotein og ammoniumperchlorat med en faktor 100, 000.

"Det skønne er, at vi kan forbedre tætheden af ​​disse nanotråde ved hjælp af simpel kemi, " sagde Soma Venugopal Rao, en af ​​avisens forfattere. "Hvis du har en stor tæthed af nanotråde, du kan putte flere sølvnanopartikler i substratet og kan øge følsomheden af ​​substratet."

Anvendelse af de nødvendige nanostrukturer til SERS-enheder er fortsat en udfordring for feltet. At bygge disse strukturer i tre dimensioner med silicium nanotråde har fået opmærksomhed for deres højere overfladeareal og overlegne ydeevne, men silicium nanotråde er stadig dyre at producere.

I stedet, holdet var i stand til at finde en billigere måde at lave silicium nanotråde på og brugte en teknik kaldet elektroløs ætsning til at lave en lang række nanotråde. De "dekorerede" disse ledninger med sølv nanopartikler med variable og kontrollerede tætheder, hvilket øgede nanotrådenes overfladeareal.

"At optimere disse vertikalt justerede strukturer tog meget tid i begyndelsen, " sagde Nageswara Rao, en anden af ​​avisens forfattere. "Vi øgede overfladearealet, og for at gøre dette var vi nødt til at ændre billedformatet."

Efter at have optimeret deres system til at detektere Rhodamine farvestof på et nanomolært niveau, disse nye substrater, holdet byggede, forbedrede Raman-følsomheden med en faktor på 10, 000 til 100, 000. Substraterne påviste koncentrationer af cytosin, et nukleotid fundet i DNA, og ammoniumperklorat, et molekyle med potentiale til at opdage sprængstoffer, i så fortyndede koncentrationer som 50 og 10 mikromolære, henholdsvis.

Resultaterne har givet holdet grund til at tro, at det snart kan være muligt at påvise forbindelser i koncentrationer på skalaen af ​​nanomolære eller endda picomolære, sagde Nageswara Rao. Holdets arbejde har åbnet flere muligheder for fremtidig forskning, fra at eksperimentere med forskellige nanopartikler såsom guld, øge skarpheden af ​​nanotrådene eller teste disse enheder på tværs af flere typer molekyler.