Läkemedelsavfall och föroreningar utgör en växande global oro, särskilt i samband med dricksvatten och livsmedelssäkerhet. För att ta itu med denna kritiska fråga, har en ny studie av forskare vid Bar-Ilan Universitys institution för kemi och Institutet för nanoteknologi och avancerade material resulterat i utvecklingen av en mycket känslig plasmonisk-baserad detektor, specifikt inriktad på upptäckt av skadliga piperidinrester i vatten.
Teamets arbete publiceras i tidskriften Environmental Science:Nano .
Piperidin, en liten potent molekyl som fungerar som en byggsten i läkemedels- och livsmedelstillsatsindustrin, utgör betydande hälsorisker för både människor och djur på grund av dess giftiga natur. Att upptäcka även små mängder piperidin är viktigt för att säkerställa dricksvatten och livsmedelssäkerhet. Det plasmoniska substratet som utvecklats vid Bar-Ilan University, som består av triangulära hålrum frästa i en tunn silverfilm och skyddat av ett 5 nanometers lager av kiseldioxid, erbjuder oöverträffad känslighet för piperidin och detekterar låga koncentrationer i vatten.
Mohamed Hamode, en Ph.D. student vid Bar-Ilans institution för kemi, i samarbete med Dr. Elad Segal, utvecklade enheten i storleken av en krona med hjälp av ett fokuserat jonmikroskop för att borra nanometerstora hål på en metallyta. Genom att programmera strålen med ett specialbyggt datorprogram skapar Hamode hål i olika former.
Dessa hål, som är mindre än våglängden för synligt ljus, förstärker det elektriska fältet på ytan, vilket leder till koncentrerat ljus i mycket små områden. Denna amplifiering gör att optiska fenomen kan ökas avsevärt, vilket möjliggör identifiering av en låg koncentration av molekyler som tidigare inte kunde detekteras med optiska prober.
På grund av sitt begränsade och förstärkta elektromagnetiska fält erbjuder det plasmoniska substratet ett effektivt alternativ till andra substrat som för närvarande används inom Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), vilket öppnar vägar för användning av kostnadseffektiva och bärbara Raman-enheter som möjliggör snabbare och mer prisvärd analys .
"Denna studie representerar ett betydande framsteg inom området miljöövervakning", säger seniorforskare Prof. Adi Salomon, vid Bar-Ilans avdelning för kemi och Institutet för nanoteknologi och avancerade material. "Genom att utnyttja nano-mönstrade metallytor har vi demonstrerat detektering av låga koncentrationer av piperidin i vatten med hjälp av prisvärd optik, vilket erbjuder en lovande lösning för miljöanalytiska inställningar."
Resultaten av studien understryker potentialen hos plasmonbaserade detektorer för att revolutionera miljöövervakning, särskilt vid upptäckt av läkemedelsavfall och föroreningar. Nästa vecka kommer Mohamed Hamode att presentera innovationen på en internationell konferens om mikroskopi som äger rum i Italien.
Mer information: Mohamed Riad Hamode et al, Plasmonisk baserad Raman-sensor för ultrakänslig detektering av läkemedelsavfall, Environmental Science:Nano (2024). DOI:10.1039/D3EN00821E
Tillhandahålls av Bar-Ilan University
