Un 100, 000 veces ampliada la vista del revestimiento de oro, nanopilares de silicio que componen las matrices utilizadas en las mediciones de SERS. Cada matriz consta de 250, 000 nanopilares con hasta 400 matrices por oblea. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
En guerra asimétrica, La detección e identificación tempranas de agentes químicos y biológicos a nivel de trazas y compuestos explosivos es fundamental para una reacción rápida. respuesta, y supervivencia. Si bien actualmente se utilizan muchos métodos que pueden detectar estas amenazas, ninguno permite la toma de huellas digitales únicas de los agentes de amenaza a niveles de rastreo.
Un equipo de investigación dirigido por los Dres. Joshua Caldwell y Orest Glembocki, científicos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU., División de Ciencia y Tecnología Electrónica, ha superado esta limitación con la dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) utilizando oscilaciones de plasmones estimuladas ópticamente en sustratos nanoestructurados.
Se muestra para proporcionar mejoras de la señal Raman, Las matrices de nanopilares de silicio (Si) recubiertas de oro (Au) de gran área son más de 100 millones de veces más sensibles que la detección de dispersión Raman sola, mientras se mantiene una respuesta muy uniforme con menos del 30 por ciento de variabilidad en el área del sensor.
"Estas matrices son en un orden de magnitud más sensibles que los sensores SERS mejor reportados en la literatura y los sensores SERS comerciales de gran área de vanguardia actuales, ", dijo Caldwell." Estas matrices pueden ser un componente clave de sensores químicos de funcionamiento autónomo que detectan, identificar e informar la presencia de una amenaza en niveles de exposición traza ".
Los científicos Orest Glembocki (sosteniendo un espectrómetro Raman portátil DeltaNu ExamineR) y Joshua Caldwell, mostrar una de las obleas de silicio que fabricaron para la detección de SERS utilizando grabado iónico y litografía de haz de electrones. Se fabricaron varias matrices cuadradas de nanopilares de silicio recubiertos de oro en la oblea para realizar pruebas de dispersión Raman mejoradas en la superficie. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. / Jamie Hartman
Los dispositivos Raman usan luz láser para excitar vibraciones moleculares, que a su vez provoca un cambio en la energía de los fotones láser dispersos, arriba o abajo, creando un patrón visual único. En el caso de trazas de moléculas en gases o líquidos, la detección a través de la dispersión Raman ordinaria es prácticamente imposible. Sin embargo, la señal Raman se puede mejorar mediante el efecto SERS utilizando nanopartículas metálicas.
A pesar de que la dispersión Raman mejorada en la superficie se observó por primera vez a fines de la década de 1970, Los esfuerzos para proporcionar sensores químicos basados en SERS reproducibles se han visto obstaculizados por la incapacidad de fabricar dispositivos de gran superficie con una respuesta SERS uniforme. La capacidad de modelar de forma reproducible partículas de tamaño nanométrico en matrices periódicas finalmente ha permitido que se cumpla este requisito.
"Si bien actualmente hay muchas herramientas disponibles para detectar trazas de guerra química y agentes biológicos y compuestos explosivos, Se puede utilizar un dispositivo que utilice SERS para identificar estas cantidades diminutas de los productos químicos de interés proporcionando una 'huella digital' del material, que prácticamente elimina la prevalencia de falsas alarmas, "dice Glembocki.
SERS ofrece varias ventajas potenciales sobre otras técnicas espectroscópicas debido a su velocidad de medición, alta sensibilidad, portabilidad, y maniobrabilidad sencilla. SERS también se puede utilizar para mejorar las tecnologías Raman existentes, como las unidades portátiles y de separación que ya se utilizan en aplicaciones de campo.
