Desde la seguridad del aeropuerto que detecta explosivos hasta los historiadores del arte que autentican pinturas, La sed de la sociedad por sensores potentes está aumentando.

Dado que, pocas técnicas de detección pueden igualar el zumbido creado por la espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS).

Descubierto en la década de 1970, SERS es una técnica de detección apreciada por su capacidad para identificar moléculas químicas y biológicas en una amplia gama de campos. Ha sido comercializado, pero no ampliamente porque los materiales necesarios para realizar la detección se consumen con el uso, relativamente caro y complicado de fabricar.

Eso puede cambiar pronto.

Un equipo de investigación internacional dirigido por ingenieros de la Universidad de Buffalo ha desarrollado nanotecnología que promete hacer que SERS sea más simple y asequible.

Descrito en un artículo de investigación publicado hoy en la revista. Interfaces de materiales avanzados , el avance de la fotónica tiene como objetivo mejorar nuestra capacidad para detectar trazas de moléculas en enfermedades, agentes de guerra química, cuadros fraudulentos, contaminantes ambientales y más.

"La tecnología que estamos desarrollando, un sustrato universal para SERS, es única y, potencialmente, característica revolucionaria. Nos permite identificar y medir rápidamente moléculas químicas y biológicas utilizando una nanoestructura de banda ancha que atrapa una amplia gama de luz. "dijo Qiaoqiang Gan, Profesor asistente de ingeniería eléctrica de la UB y autor principal del estudio.

Los autores adicionales del estudio son:candidatos a doctorado en ingeniería eléctrica de la UB Nan Zhang, Kai Liu, Canción de Haomin, Xie Zeng, Dengxin Ji y Alec Cheney; y Suhua Jiang, profesor asociado de ciencia de los materiales, y Zhejun Liu, Candidato a doctor, ambos en la Universidad de Fudan en China.

Cuando un láser potente interactúa con moléculas químicas y biológicas, el proceso puede excitar modos vibracionales de estas moléculas y producir una dispersión inelástica, también llamado dispersión Raman, de luz. Cuando el rayo golpea estas moléculas, puede producir fotones que tienen una frecuencia diferente a la de la luz láser. Aunque rico en detalles, la señal de la dispersión es débil y difícil de leer sin un láser muy potente.

SERS aborda el problema utilizando un sustrato con nanopatrones que mejora significativamente el campo de luz en la superficie y, por lo tanto, la intensidad de dispersión Raman. Desafortunadamente, Los sustratos tradicionales se diseñan típicamente solo para un rango muy estrecho de longitudes de onda.

Esto es problemático porque se necesitan diferentes sustratos si los científicos quieren usar un láser diferente para probar las mismas moléculas. Sucesivamente, esto requiere más moléculas y sustratos químicos, aumentando los costos y el tiempo para realizar la prueba.

El sustrato universal resuelve el problema porque puede atrapar una amplia gama de longitudes de onda y comprimirlas en espacios muy pequeños para crear un campo de luz fuertemente mejorado.

La tecnología consiste en una fina película de plata o aluminio que actúa como espejo, y una capa dieléctrica de sílice o alúmina. El dieléctrico separa el espejo con diminutas nanopartículas de metal espaciadas al azar en la parte superior del sustrato.

"Actúa de forma similar a una llave maestra. En lugar de necesitar todos estos sustratos diferentes para medir las señales Raman excitadas por diferentes longitudes de onda, eventualmente necesitará solo uno. Como una llave maestra que abre muchas puertas, "Dijo Zhang.

"Las aplicaciones de un dispositivo de este tipo son de gran alcance, "dijo Kai Liu." La capacidad de detectar cantidades aún más pequeñas de moléculas químicas y biológicas podría ser útil con los biosensores que se utilizan para detectar el cáncer, Malaria, VIH y otras enfermedades ".

Podría ser útil identificar los productos químicos utilizados en ciertos tipos de pintura. Esto podría ser útil para detectar obras de arte falsificadas y restaurar obras de arte antiguas. También, la tecnología podría mejorar la capacidad de los científicos para detectar trazas de toxinas en el aire, agua u otros espacios que sean causa de problemas de salud. Y podría ayudar en la detección de armas químicas.

La National Science Foundation apoyó la investigación en una subvención para desarrollar un sistema de biosensores in vivo en tiempo real. Gan comparte la beca con Josep M. Jornet y Zhi Sun, ambos profesores adjuntos de ingeniería eléctrica de la UB.