Cancer, matpatogener och hot om biosäkerhet kan alla upptäckas med en avkänningsteknik som kallas ytförstärkt Raman -spektroskopi (SERS). För att möta ständigt ökande krav på känslighet, dock, signaler från molekyler av dessa medel kräver massiv förbättring, och nuvarande SERS -sensorer kräver optimering. En A*STAR-ledd forskargrupp tillverkade nyligen ett anmärkningsvärt regelbundet utbud av tätt packade guld nanopartiklar som kommer att förbättra SERS-sensorer.

Så kallad "Ramanspridning" uppstår när molekyler sprids vid våglängder som inte finns i det infallande ljuset. Dessa molekyler kan detekteras med SERS -sensorer genom att bringa dem i kontakt med en nanostrukturerad metallyta, belyses av en laser vid en viss våglängd. En idealisk sensoryta bör ha:tät packning av metallnanostrukturer, vanligtvis guld eller silver, att intensifiera Ramans spridning; ett regelbundet arrangemang för att producera repeterbara signalnivåer; ekonomisk konstruktion; och robusthet för att upprätthålla avkänningsprestanda över tid.

Få av de många existerande tillvägagångssätten lyckas i alla kategorier. Dock, Fung Ling Yap och Sivashankar Krishnamoorthy vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, och medarbetare producerade tätt packade nanokluster av guld som innehåller de mest önskvärda aspekterna för tillverkning och avkänning. Förutom plana ytor, de lyckades också belägga fiberoptiska spetsar med liknande täta nanokluster (se bild), vilket är en särskilt lovande utveckling för fjärranalysapplikationer, t.ex. övervakning av farligt avfall.

Forskarna monterade själv sina matriser genom att använda ytor belagda med självbildade polymer-nanopartiklar, till vilka mindre guldnanopartiklar spontant fästs för att bilda kluster. "Det var överraskande att på ett tillförlitligt sätt uppnå funktionsseparationer på mindre än 10 nanometer, vid hög avkastning, över makroskopiska områden med enkla processer som beläggning och adsorption, "konstaterar Krishnamoorthy.

Genom att variera storleken och densiteten hos polymeregenskaperna, Krishnamoorthy, Yap och medarbetare justerade klusterstorleken och densiteten för att maximera SERS-förbättringar. Deras teknik är också effektiv:mindre än 10 milligram av polymeren och 100 milligram guldnanopartiklar behövs för att belägga en hel skiva med en diameter på 100 millimeter, eller cirka 200 fiberspetsar. Både polymeren och nanopartiklarna kan massproduceras till låg kostnad. I kraft av att vara helt 'självmonterad', tekniken inte kräver specialutrustning eller ett specialbyggt renrum, så den är väl lämpad för billiga kommersiella implementeringar.

"Vi har lämnat in patentansökningar för arbetet i Singapore, USA och Kina, "säger Krishnamoorthy." Matriserna är nära kommersiellt utnyttjande som engångssensorchips för användning i bärbara SERS -sensorer, i samarbete med industrin. "