Med hjälp av ett vanligt laboratoriefilterpapper dekorerat med guldnanopartiklar, forskare vid Washington University i St. Louis har skapat en unik plattform, känt som "plasmoniskt papper, "för att detektera och karakterisera även spårmängder av kemikalier och biologiskt viktiga molekyler - från sprängämnen, kemiska krigföringsmedel och miljöföroreningar till sjukdomsmarkörer.

Verket kommer att beskrivas av Srikanth Singamaneni, biträdande professor vid avdelningen för maskinteknik och materialvetenskap vid Washington University i St. Louis, och postdoc Limei Tian vid AVS 61th International Symposium and Exhibition, hålls 9-14 november, på Baltimore Convention Center i Baltimore, Maryland.

Plasmonik innebär kontroll av ljus på nanoskala med hjälp av ytplasmoner, som är koordinerade vågor, eller krusningar, av elektroner som finns på ytorna av material, och i synnerhet metaller såsom guld. Lokaliserade ytplasmoner av metallnanostrukturer resulterar i unika optiska egenskaper med egenskaper som beror på metallsammansättningen, storlek och form på strukturer, det omgivande mediet, och så vidare.

Tian och Singamaneni skapade sitt plasmoniska papper genom att doppa vanligt cellulosafilterpapper i en lösning av guldnanopartiklar. En sådan enkel optiskt aktiv plattform kan användas för att förbättra fingeravtryckssignalen från kemikalier, avslöjar identiteten för en spårmängd av en förening såsom ett kemiskt krigföringsmedel. Dessutom kan kliniskt viktiga proteiner fångas upp av modifierat plasmoniskt papper och detekteras baserat på förändringar i de optiska spektra som uppstår när proteinerna binder till papperet.

"Detektering på fältet av kemiska och biologiska hot är utmaningen som vi försöker ta itu med, "Tian sa. "Denna teknik kan användas i stor utsträckning för kemisk och biologisk avkänning, inklusive hemlandets säkerhet, kriminalteknik och miljöövervakning, och medicinska diagnostiska tillämpningar."

Till exempel, Tian noterade, det plasmoniska papperet kan användas för att detektera målmolekyler som fungerar som indikatorer för sjukdomar som njurcancer.

"Vi tror att vi har en plattformsteknik som väl lämpar sig för sådana applikationer, sa Tian.

På samma gång, Tian och Singamaneni betonade att ett antal hinder återstår att övervinna innan tekniken kan användas för tillämpningar för kemisk detektion, inte minst är komplexiteten i det "kemiska rummet" i den verkliga världen. Eftersom det finns ett stort antal kemikalier som skulle störa exakta mätningar, dessa tester kräver mycket hög selektivitet – på en nivå som den nuvarande inkarnationen av plasmoniskt papper ännu inte kan uppnå.

"Vi förväntar oss att detta kan övervinnas genom att integrera biomimetiska måligenkänningselement med plasmoniskt papper inom en snar framtid, sa Tian.