A 100, 000 gånger förstorad vy av det guldbelagda, kisel -nanopilar som utgör de matriser som används i SERS -mätningarna. Varje grupp består av 250, 000 nanopillar med upp till 400 matriser per skiva. Upphovsman:U.S. Naval Research Laboratory
I asymmetrisk krigföring, tidig upptäckt och identifiering av kemiska och biologiska spårämnen och explosiva föreningar är avgörande för snabb reaktion, svar, och överlevnad. Det finns många metoder som för närvarande används för att upptäcka dessa hot, ingen tillåter unikt fingeravtryck av hotagenter på spårnivåer.
Ett forskargrupp, ledd av Dr. Joshua Caldwell och Orest Glembocki, forskare vid U.S. Naval Research Laboratory, Avdelningen för elektronisk vetenskap och teknik, har övervunnit denna begränsning med ytförstärkt Ramanspridning (SERS) med användning av optiskt stimulerade plasmonoscillationer i nanostrukturerade substrat.
Visas för att ge förbättringar av Ramansignalen, stora ytor (Au) -belagda kisel (Si) nanopillar-arrays är över 100 miljoner gånger känsligare än Raman-spridningsavkänning ensam, samtidigt som det bibehåller ett mycket enhetligt svar med mindre än 30 procents variation över sensorområdet.
"Dessa matriser är över en storleksordning mer känsliga än de bäst rapporterade SERS-sensorerna i litteraturen och de nuvarande toppmoderna kommersiella SERS-sensorerna i stort område, "sa Caldwell." Dessa matriser kan vara en nyckelkomponent i fullt integrerad, autonomt fungerande kemiska sensorer som detekterar, identifiera och rapportera förekomsten av ett hot vid spårningsnivåer av exponering. "
Forskarna Orest Glembocki (håller en DeltaNu ExamineR handhållen Raman-spektrometer) och Joshua Caldwell, visa en av kiselskivorna som de tillverkade för SERS-avkänningen med hjälp av jonetsning och e-beam litografi. Flera fyrkantiga matriser av guldbelagd kisel-nanopillar tillverkades på plattan för att utföra ytförbättrad Raman-spridningstestning. Upphovsman:U.S. Naval Research Laboratory/Jamie Hartman
Raman -enheter använder laserljus för att stimulera molekylära vibrationer, vilket i sin tur orsakar en förskjutning av energin hos de spridda laserfotonerna, upp eller ner, skapa ett unikt visuellt mönster. Vid spårmängder av molekyler i gaser eller vätskor, upptäckt genom vanlig Ramanspridning är praktiskt taget omöjligt. Dock, Ramansignalen kan förstärkas via SERS -effekten med hjälp av metallnanopartiklar.
Trots att ytförstärkt Ramanspridning först observerades i slutet av 1970-talet, ansträngningar att tillhandahålla reproducerbara SERS-baserade kemiska sensorer har hindrats av oförmågan att göra enheter med stor yta med ett enhetligt SERS-svar. Möjligheten att reproducerbart mönstra partiklar i nanometerstorlek i periodiska matriser har äntligen tillåtit att uppfylla detta krav.
"Även om många verktyg för närvarande finns tillgängliga för att upptäcka spårmängder av kemisk krigföring och biologiska medel och explosiva föreningar, en enhet som använder SERS kan användas för att identifiera dessa små mängder av kemikalier av intresse genom att tillhandahålla ett "fingeravtryck" av materialet, vilket nästan eliminerar förekomsten av falska larm, säger Glembocki.
SERS erbjuder flera potentiella fördelar jämfört med andra spektroskopiska tekniker på grund av dess mäthastighet, hög känslighet, bärbarhet, och enkel manövrerbarhet. SERS kan dessutom användas för att förbättra befintlig Raman -teknik, t.ex. handhållna och avstängande enheter som redan används i fältapplikationer.
