Forskare från universiteten i Bristol och Bedfordshire, i samarbete med det multinationella företaget ABB, har konstruerat och testat en serie plasmoniska nanoantenna-arrays som kan leda till utvecklingen av en ny generation ultrakänsliga och billiga fluorescenssensorer som kan användas för att övervaka vattenkvaliteten.

Matriserna, designad och testad av Dr Neciah Dorh under sin doktorsexamen vid University of Bristol, är tillverkade av aluminium nanoroder tillverkade med elektronstråle litografi av kommersiell partner Kelvin Nanotechnologies. Nanoroderna, 50nm bred och 158nm lång, är utformade för att resonant öka fluorescensemissionen från en rad föroreningar i vatten som diesel eller tryptofan.

Arbetet, publicerad i Tillämpad optik , visar en sexfaldig ökning av uppmätt fluorescensemission från ett färgämne. Forskningen visar också att genom att korrekt utforma arrayelementens avstånd, starkt riktad fluorescerande emission kan erhållas vilket skulle möjliggöra utformning av högintegrerade flervågslängdssensorer.

Arbetet utfördes i professor Martin Cryans forskargrupp, som ingår i gruppen för fotonikforskning vid Institutionen för elektrisk och elektronisk teknik.

Projektet var ett samarbete med Dr Andrei Sarua från School of Physics i Bristol och Dr Tahmina Ajmal från University of Bedfordshire, som tidigare arbetat med projektet Aquatest i Bristol.

Tillsammans utvecklade de en prototyp till låg kostnad, LED -baserat sensorsystem, som de planerar att utveckla vidare till ett handhållet fältdistribuerbart system för att utföra vattenkvalitetsövervakning.

Martin Cryan, Professor i tillämpad elektromagnetik och fotonik vid Institutionen för elektrisk och elektronisk teknik vid University of Bristol och medförfattare till uppsatsen, sa:"Nanoantenna -matriserna, som kan tillverkas med lägre kostnadsproduktionstekniker som nanoimprint litografi, kan ge betydande känslighetsförbättring så att laboratoriekvalitetsmätningar kan utföras på fältet. Detta skulle möjliggöra distribution av trådlösa sensornätverk för tidig varning för föroreningar eller kontinuerlig övervakning av vattenkvaliteten i känsliga miljöer. "

Dr Dorh, nu stipendiat inom Bristols QTEC -program, har grundat en start-up, FluoretiQ, utveckla kvantförstärkta fluorescenssensorer som hjälper till att identifiera bakterier inom några minuter snarare än dagar.

Professor Cryans grupp utvecklar system som kan kombinera kraften i nanoantenner med kvantförstärkta sensorer för att producera ytterligare känslighetsförbättringar.