Forskere udvikler højpræcisionssensor baseret på lasertekstureret guldfilm

Forskere ved Far Eastern Federal University (FEFU) med kolleger fra Rusland, Japan, og Australien har udviklet en multifunktionssensor baseret på en specialdesignet guldfilm, hvis overflade indeholder millioner af parabolske nanoantenner produceret ved femtosekund laserprint. Sensoren identificerer molekyler i sporkoncentrationer, detektere dem i væske- og gasmiljøer. Det kan nemt justeres for at give forskellige modaliteter, herunder biologiske undersøgelser, læge- og sikkerhedsopgaver. Den relaterede forskning er publiceret i Nanomaterialer .

Sensoren reagerer på de mindste ændringer i omgivelserne i umiddelbar nærhed af dens overflade, f.eks. gas eller organiske molekyler, ændringer i det lokale brydningsindeks for en væske, osv. og kan søges til bioanalyse, miljøovervågning, fødevarekvalitetsanalyse, og forskellige sikkerhedssystemer.

"På trods af de betydelige fremskridt, som videnskaben har gjort inden for fysisk-kemiske sensorer med høj præcision i løbet af de sidste årtier, Der kræves stadig fleksible og billige teknologier til fremstilling af billige multifunktionelle sensorer, der kombinerer forskellige målemodaliteter inden for en enkelt enhed. Eksisterende litografiske teknologier til fremstilling af sådanne sensorer er tids- og pengekrævende og er derfor ikke egnede til masseproduktion. Vi foreslog effektiv og billig laserprintteknologi for at løse det nævnte problem. Ved at bruge det kan vi nemt producere sensorelementer med den ønskede overflademorfologi og resonansegenskaber, optimeret til at fusionere forskellige sensormodaliteter og have tilstrækkelig mekanisk styrke til at fungere i flydende miljøer, " sagde Aleksandr Kuchmizhak, forskningsstipendiat ved FEFU STI for Virtual and Augmented Reality.

Sensorsystemet baseret på nanotekstureret guldfilm blev fremstillet ved direkte femtosekund-laserprint. Eksponeringen af ​​en sådan ultratynd guldfilm for enkelte femtosekundsimpulser resulterede i dannelsen af ​​millioner af hule parabolske nanostrukturer (nanovoider), de såkaldte nanoantenner. En ordnet række af disse nanostrukturer har udtalte resonansoptiske egenskaber. De konverterer effektivt indfaldende stråling af de synlige og IR-spektrale områder til specielle overfladebølger, såkaldte overfladeplasmoner, som giver sensoren sin bemærkelsesværdige følsomhed over for ændringer i omgivelserne.

Forskere fra FEFU, FEB RAS og MEPhI, samt fra Nagoya Institute of Technology (Japan), Tokai University (Japan) og Swinburne University of Technology (Australien) deltog i arbejdet.

Tidligere, forskere fra FEFU og Swinburne University of Technology gik sammen med indiske og japanske kolleger, havde udviklet et optisk element baseret på en række krydsformede siliciumnanoantenner. At være indrettet på en passende måde, disse nanoantenner dannede en spiralbølgeplade for mellem-IR- og THz-spektralområder, hvilket muliggjorde konvertering af en almindelig Gauss-stråle til en enestående hvirvelstråle. Det optiske element havde til formål at udføre avancerede laboratorieundersøgelser af proteinernes struktur i IR-spektralområdet, samt at studere nye chirale molekylære forbindelser.