En djungel av belagda nanorör.
(Phys.org) – Forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och det schweiziska federala tekniska institutet (ETH) i Zürich har utvecklat en ny metod för att använda nanorör för att detektera molekyler i extremt låga koncentrationer som möjliggör spårdetektering av biologiska hot, sprängämnen och droger.
Det gemensamma forskarteamet, leds av LLNL-ingenjören Tiziana Bond och ETH-forskaren Hyung Gyu Park, använder spagettiliknande, guld-hafnium-belagda kolnanorör (CNT) för att förstärka detektionsförmågan i ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS).
SERS är en ytkänslig teknik som förbättrar den oelastiska spridningen av fotoner av molekyler adsorberade på grova metallytor eller av nanostrukturer.
Bond och hennes medarbetare använder metallbelagda nanorör hophopade som ett djungeltak för att förstärka signalerna från både incidenten och Ramans spridda ljus av spännande lokala elektronplasmoner.
Deras verkliga genombrott, dock, upptäcker användningen av en mellanliggande dielektrisk beläggning (hafnium) för att blockera släckningen av de fria elektronerna i metallen av CNT, låter nanorören fungera ohämmat.
Genom att bevara elektronerna och förstärka ljuset genom att använda nanorörsdjungler, teamet kan avsevärt öka SERS:s detektionskänslighet i CNTs strukturer.
Ovanifrån av djungeltaken (zooma in för bästa fall:hafniumtjocklek på 2,5 nanometer och guldtjocklek på 20 nanometer).
Hafniumbeläggningen möjliggör hopsamling av guldnanorör som skapar en tjock baldakin full av känsliga fläckar för upptäckt. Nanorören gör att infallande ljus kan fångas och fokuseras vid de många kontaktpunkterna och sprickorna, låter det Raman-spridda ljuset passera igenom. Detta gör det möjligt för bärbara Raman-enheter att upptäcka och identifiera specifika luftburna ämnen slumpmässigt.
"Detta är en mycket viktig upptäckt i våra ansträngningar att förbättra användningen av SERS-enheter, ", sa Bond. "Vi fick denna värdefulla kunskap genom multidisciplinär grundforskning och när vi närmade oss problemet med en rationell design."
Atomic Force Microscopy (AFM) bild av katalysatorn för tillväxten av nanorör.
Bond och Park hoppas att deras konstruerade material så småningom kommer att användas i bärbara enheter för att utföra analys på plats av kemiska föroreningar som miljöföroreningar eller läkemedelsrester i vatten. Andra tillämpningar inkluderar övervakning av fysiologiska nivåer i realtid av fysiologiska nivåer för den biomedicinska industrin och snabb screening av droger och toxiner för brottsbekämpning.
"Vi håller på att ansöka om patent på vår nya upptäckt, " sa Bond.
