10 May 2023, 22:00

Сухая печать золотом позволила создать высокочувствительный экспресс-анализатор

Физики из МФТИ показали, как можно увеличить предел обнаружения малых концентраций веществ с помощью плазмонных наноструктур, которые используются в биомедицинской диагностике и химическом анализе. Ученые исследовали усиление сигнала поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (англ. SERS — Surface enhanced Raman spectroscopy) на структурах, нанесенных методом сухой аэрозольной печати золотыми наночастицами. К задаче они адаптировали методы термической и импульсной лазерной модификации синтезируемых наночастиц.

Рамановская спектроскопия выявляет тип молекул по колебательному спектру: они поглощают энергию падающего света, моментально переизлучая его на других, весьма специфических частотах. Разность частот регистрируется в виде спектра. Можно увеличить чувствительность метода, если нанести исследуемое вещество на покрытую металлическими наночастицами подложку. Такая техника называется поверхностно-усиленной рамановской спектроскопией (англ. SERS — Surface enhanced Raman spectroscopy), и в ее основе лежит явление плазмонного резонанса. В этом методе сигнал неупруго рассеивается анализируемым веществом и усиливается окружающими наночастицами, образующими плазмонную наноструктуру.

Обычные способы создания плазмонных наноструктур, такие как электронная литография и осаждение вещества из паровой или жидкой фазы, могут загрязнять поверхность подложки, а это чревато появлением шумов на спектрах. Физики из МФТИ предложили альтернативный метод — сухую аэрозольную печать. На подложку наносятся наночастицы металла, полученные в газоразрядной камере. При этом можно легко управлять синтезом наночастиц, изменять их размеры, количество, а также не нужно применять никакие вспомогательные вещества. В новой работе авторы использовали несколько способов модификации синтезированных таким образом золотых наночастиц, чтобы оценить, как это повлияет на интенсивность сигнала SERS.

При нанесении на подложку оксида алюминия наночастицы собирались в агломераты, что, как предположили физики, может серьезно влиять на интенсивность рамановского рассеяния. Чтобы это выяснить, они изготовили несколько серий подложек разной степени наноструктурированности, а затем апробировали их при определении концентрации органического красителя метиленового синего. В первом типе структур никаких дополнительных манипуляций с наночастицами не производили, во втором наночастицы подвергались термической обработке, в третьем — воздействию импульсным лазерным излучением разной плотности энергии. В последних двух способах образуются как агломераты, так и отдельные наночастицы, однако в случае лазерной модификации максимальной мощности (с плотностью энергии 12 мДж/см2) общее количество отдельных наночастиц больше. Именно на таких структурах авторы отметили и наибольшее усиление рамановского сигнала.

Соотношение числа агломератов и отдельных наночастиц в составе наноструктуры играет ключевую роль в усилении сигнала SERS ввиду способности отдельных наночастиц демонстрировать сильную локализацию поля. Таким образом, меняя параметры синтеза, можно влиять на размерные характеристики конечных наночастиц и создавать нанообъекты определенной формы для эффективного резонансного взаимодействия со светом. Физики подобрали оптимальные параметры синтеза наночастиц золота для получения максимального усиления рамановского рассеяния. По сути, им удалось создать платформу для экспресс-тестирования: достаточно капнуть образец на подложку, получить спектр и определить состав.

В дальнейшем ученые планируют адаптировать метод сухой аэрозольной печати для синтеза наночастиц других, более доступных металлов.

Source:  Пресс-служба МФТИ

News article publications

Read also

Наносеребро помогло изучить конформации важнейшего белка «энергостанций» клеток
Наноструктурированная подложка впервые позволила отследить, как цитохром с меняет свою конформацию с помощью спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния. При этом даже не пришлось выделять белок
Cell Biology
New techniques
Spectroscopy
4 April 2023
Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов
Оптические свойства могут сделать его перспективным материалом для диэлектрической нанофотоники
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
New techniques
Optics
3 February 2023
Химики разработали новый полуручной метод обработки данных
Он совмещает в себе ручную обработку данных с известными хемометрическими подходами и позволяет точнее настроить то, как именно будут анализироваться данные. Авторы апробировали его при изучении загрязнителей снега, но применимость метода гораздо шире
Analytical chemistry
Chromatography
Data analysis
Mass spectrometry
New techniques
27 January 2023
Разработан новый способ получения сорбентов для жидкостной хроматографии
Он очень прост и основан на проведении одностадийной многокомпонентной реакции Уги, в результате которой на частицах получается множество амидных групп
Analytical chemistry
Chromatography
Materials Science
New techniques
13 December 2022
Химики показали, как повысить избирательность энантиомерных сенсоров
Оказалось, что на нее влияет не только энергия взаимодействия особого модификатора с той или иной зеркальной формой, и размер его полости
Analytical chemistry
Molecular modeling
New techniques
11 October 2022
Магнитный сорбент сможет извлечь ветпрепараты из молока
Таким же образом он их (причем все сразу) и сконцентрирует для дальнейшего анализа
Analytical chemistry
Food chemistry
Materials Science
New techniques
22 September 2022