Forskare vid Far Eastern Federal University (FEFU) med kollegor från Ryssland, Japan, och Australien har utvecklat en mångsidig sensor baserad på en specialdesignad guldfilm, vars yta innehåller miljontals paraboliska nanoantenner framställda av femtosekundlaserutskrift. Sensorn identifierar molekyler i spårkoncentrationer, upptäcka dem i vätske- och gasmiljöer. Det kan enkelt justeras för att ge olika metoder, inklusive biologiska studier, medicinska och säkerhetsuppgifter. Den relaterade forskningen publiceras i Nanomaterial .

Sensorn reagerar på de minsta förändringar av omgivningen i närheten av dess yta, t.ex. gas eller organiska molekyler, förändringar i det lokala brytningsindexet för en vätska, etc. och kan tillämpas för bioanalys, miljöövervakning, analys av livsmedelskvalitet, och olika säkerhetssystem.

"Trots de betydande framsteg som vetenskapen har gjort inom området för fysikalisk-kemiska sensorer med hög precision under de senaste decennierna, flexibel billig teknik för tillverkning av billiga multifunktionssensorer som kombinerar olika mätmetoder inom en enda enhet krävs fortfarande. Befintlig litografisk teknik för tillverkning av sådana sensorer är tidskrävande och tidskrävande och lämpar sig därför inte för massproduktion. Vi föreslog effektiv och billig laserutskriftsteknik för att lösa det nämnda problemet. Med hjälp av den kan vi enkelt producera sensorelement med önskad ytmorfologi och resonansegenskaper, optimerad för att slå samman olika avkänningsmetoder och ha tillräcklig mekanisk styrka för att fungera i flytande miljöer, "sa Aleksandr Kuchmizhak, forskarassistent vid FEFU STI för virtuell och förstärkt verklighet.

Sensorsystemet baserat på nanotexturerad guldfilm tillverkades genom direkt femtosekund-laserutskrift. Exponeringen av en sådan ultratunn guldfilm för enstaka femtosekundpulser resulterade i bildandet av miljontals ihåliga paraboliska nanostrukturer (nanovoider), de så kallade nanoantennerna. En ordnad uppsättning av dessa nanostrukturer har uttalade resonansoptiska egenskaper. De omvandlar effektivt infallande strålning från det synliga och IR-spektralområdet till speciella ytvågor, så kallade ytplasmoner, som ger sensorn sin anmärkningsvärda känslighet för förändringar i omgivningen.

Forskare från FEFU, FEB RAS och MEPhI, liksom från Nagoya Institute of Technology (Japan), Tokai University (Japan) och Swinburne University of Technology (Australien) deltog i arbetet.

Tidigare, forskare från FEFU och Swinburne University of Technology slog sig ihop med indiska och japanska kollegor, hade utvecklat ett optiskt element baserat på en rad korsformade kiselnanoantenner. Ordnas på ett lämpligt sätt, dessa nanoantenner bildade en spiralvågplatta för mellan-IR och THz spektralområden som möjliggör omvandling av en vanlig gaussisk stråle till en singulär virvelstråle. Det optiska elementet syftade till att utföra avancerade laboratoriestudier av proteinernas struktur i IR-spektralområdet, samt att studera nya kirala molekylära föreningar.