Utrecht-forskare har utvecklat en ny typ av sensor, cirka 500 gånger mindre än bredden på ett mänskligt hårstrå, med en oöverträffad förmåga att upptäcka extremt små mängder molekyler. Dessa sensorer kan användas för att detektera och identifiera spårmängder av ämnen som kemiska föroreningar eller molekyler som är viktiga inom medicin. Sensorerna använder sig av Raman-spridning, ett fenomen som ger så unika signaler för olika molekyler att det ofta kallas "molekylärt fingeravtryck". I deras publikation i Advanced Functional Materials , presenterar forskarna beredningen och användningen av dessa små sensorer.

Ledande forskare Prof. Alfons van Blaaderen förklarar att deras "design bygger på sammansättningen av guld nanorods, som förbättrar Raman-spridningen av molekyler placerade nära deras spetsar tiotusentals gånger, till ett större sfäriskt kluster där Raman-signalerna är ännu längre förbättrat. Ett avgörande steg i förberedelsen var att först linda in varje guld nanorod i sin egen skyddande porösa beläggning. Genom att kontrollera tjockleken och porositeten på denna beläggning kunde vi kontrollera hur tätt nanoroderna kunde packas ihop, och hur lätt eller Det är svårt för molekyler att komma in i sensorn."

Små vattendroppar

Att föra samman de belagda stavarna i en nanosensor var ett nyckelmål för huvudförfattarna Jessi van der Hoeven och Harith Gurunarayanan. Van der Hoeven förklarar att de "kontrollerbart ville bilda ett sfäriskt kluster av dessa stavar, där så kallade "hot spots" för Raman-spridningen skulle överlappa och förstärka Raman-signalerna ytterligare. För att göra det satte vi stavarna i små vattendroppar. Genom att långsamt avdunsta vattnet, tvingades nanoroderna att packas ihop till en sfärisk enhet."

Med detta tillvägagångssätt kunde forskarna förbereda en hel rad olika strukturerade nanosensorer. Gurunarayanan tillägger att de "var glada över att se att dessa nanorod-enheter inte bara var vackra strukturer, utan också mycket bra på att detektera mycket små mängder molekyler, bättre än tidigare sammansättningar av guld-nanorods."

På grund av fingeravtrycksförmågan hos Raman-spridningsanalysen är dessa suprapartiklar – partiklar byggda av nanopartiklar – lämpliga i många tillämpningar, allt från att undersöka kemiska mekanismer i katalys till att upptäcka spårmängder av kemiska föroreningar och molekyler som är viktiga inom biologi eller medicin. Det är viktigt att nämna att portabel Raman-spridningsutrustning, som är relativt dyr, redan finns tillgänglig.

Även om de realiserade avkännande suprapartiklarna överträffade tidigare rapporterade Raman-avkänningsstrukturer för guldnanorods, är det också spännande att det fortfarande finns gott om utrymme för viktiga förbättringar av denna initiala design. Många idéer undersöks redan för att ytterligare optimera känsligheten och funktionaliteten hos dessa sammansättningar. Dessa Raman suprapartikelsensorer har bokstavligen och bildligt talat en ljus framtid framför sig. + Utforska vidare

Forskare kombinerar discipliner för att lokalisera små strukturer i omärkta molekyler