Esquema del sustrato nanocluster SERS en configuraciones de chip plano y fibra óptica. La forma de cúpula de los nanoclusters de oro refleja la forma de las nanoestructuras de polímero hemisférico en la superficie subyacente. Los grupos rojo / verde representan las moléculas que se analizan. Las matrices están densamente empaquetadas y espaciadas regularmente (recuadro:micrografía electrónica de las matrices). Crédito:2012 American Chemical Society (recuadro); 2012 Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales (imagen principal)
Cáncer, Los patógenos alimentarios y las amenazas a la bioseguridad pueden detectarse mediante una técnica de detección llamada espectroscopia Raman mejorada de superficie (SERS). Para satisfacer las crecientes demandas de sensibilidad, sin embargo, las señales de las moléculas de estos agentes requieren una mejora masiva, y los sensores SERS actuales requieren optimización. Un equipo de investigación liderado por A * STAR fabricó recientemente una serie notablemente regular de grupos de nanopartículas de oro muy compactas que mejorarán los sensores SERS.
La llamada 'dispersión Raman' ocurre cuando las moléculas se dispersan en longitudes de onda que no están presentes en la luz incidente. Estas moléculas se pueden detectar con sensores SERS poniéndolas en contacto con una superficie metálica nanoestructurada, iluminado por un láser en una longitud de onda particular. Una superficie de sensor ideal debe tener:empaquetamiento denso de nanoestructuras metálicas, comúnmente oro o plata, para intensificar la dispersión Raman; una disposición regular para producir niveles de señal repetibles; construcción económica; y robustez para mantener el rendimiento de la detección a lo largo del tiempo.
Pocos de los muchos enfoques existentes tienen éxito en todas las categorías. Sin embargo, Fung Ling Yap y Sivashankar Krishnamoorthy en el Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, Singapur, y compañeros de trabajo produjeron matrices de oro en nanoagrupaciones muy compactas que incorporan los aspectos más deseables para la fabricación y la detección. Además de las superficies planas, también lograron recubrir puntas de fibra óptica con matrices de nanocluster igualmente densas (ver imagen), que es un desarrollo particularmente prometedor para aplicaciones de teledetección, como el seguimiento de residuos peligrosos.
Los investigadores autoensamblaron sus matrices utilizando superficies recubiertas con nanopartículas de polímero autoformadas, a las que se unen espontáneamente nanopartículas de oro más pequeñas para formar grupos. "Fue sorprendente lograr separaciones de características de menos de 10 nanómetros de manera confiable, a alto rendimiento, a través de áreas macroscópicas utilizando procesos simples como recubrimiento y adsorción, "señala Krishnamoorthy.
Variando el tamaño y la densidad de las características del polímero, Krishnamoorthy, Yap y sus colaboradores ajustaron el tamaño y la densidad del clúster para maximizar las mejoras de SERS. Su técnica también es eficiente:se necesitan menos de 10 miligramos del polímero y 100 miligramos de nanopartículas de oro para recubrir una oblea completa de 100 milímetros de diámetro. o aproximadamente 200 puntas de fibra. Tanto el polímero como las nanopartículas se pueden producir en masa a bajo costo. En virtud de estar completamente 'autoensamblado', la técnica no requiere equipo especializado o una sala limpia hecha a medida, por lo que se adapta bien a la implementación comercial de bajo costo.
"Hemos presentado solicitudes de patente para el trabajo en Singapur, Estados Unidos y China, ", dice Krishnamoorthy." Las matrices están cerca de la explotación comercial como chips sensores desechables para su uso en sensores SERS portátiles, en colaboración con la industria ".
