Schema del substrato SERS nanocluster in chip planari e configurazioni a fibra ottica. La forma a cupola dei nanocluster d'oro riflette la forma delle nanostrutture polimeriche emisferiche sulla superficie sottostante. I cluster rosso/verde rappresentano le molecole analizzate. Gli array sono densamente imballati e regolarmente distanziati (riquadro:micrografia elettronica degli array). Credito:2012 American Chemical Society (riquadro); 2012 A*STAR Istituto di Ricerca e Ingegneria dei Materiali (immagine principale)
Cancro, i patogeni alimentari e le minacce alla biosicurezza possono essere rilevati utilizzando una tecnica di rilevamento chiamata spettroscopia Raman potenziata di superficie (SERS). Per soddisfare le crescenti esigenze di sensibilità, però, i segnali provenienti dalle molecole di questi agenti richiedono un massiccio potenziamento, e gli attuali sensori SERS richiedono l'ottimizzazione. Un team di ricerca guidato da A*STAR ha recentemente fabbricato una serie straordinariamente regolare di cluster di nanoparticelle d'oro ravvicinati che miglioreranno i sensori SERS.
La cosiddetta "diffusione Raman" si verifica quando le molecole si disperdono a lunghezze d'onda non presenti nella luce incidente. Queste molecole possono essere rilevate con sensori SERS portandole a contatto con una superficie metallica nanostrutturata, illuminato da un laser ad una particolare lunghezza d'onda. Una superficie del sensore ideale dovrebbe avere:imballaggio denso di nanostrutture metalliche, comunemente oro o argento, intensificare la dispersione Raman; una disposizione regolare per produrre livelli di segnale ripetibili; costruzione economica; e robustezza per sostenere le prestazioni di rilevamento nel tempo.
Pochi dei tanti approcci esistenti riescono in tutte le categorie. Però, Fung Ling Yap e Sivashankar Krishnamoorthy presso l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, e i colleghi hanno prodotto array di nanocluster d'oro ravvicinati che incorporano gli aspetti più desiderabili per la fabbricazione e il rilevamento. Oltre alle superfici piane, sono anche riusciti a rivestire punte in fibra ottica con array di nanocluster altrettanto densi (vedi immagine), che è uno sviluppo particolarmente promettente per le applicazioni di telerilevamento, come il monitoraggio dei rifiuti pericolosi.
I ricercatori hanno autoassemblato i loro array utilizzando superfici rivestite con nanoparticelle polimeriche autoformate, a cui nanoparticelle d'oro più piccole si attaccano spontaneamente per formare cluster. "È stato sorprendente ottenere in modo affidabile separazioni di caratteristiche inferiori a 10 nanometri, ad alto rendimento, attraverso aree macroscopiche utilizzando processi semplici come rivestimento e adsorbimento, " nota Krishnamoorthy.
Variando la dimensione e la densità delle caratteristiche del polimero, Krishnamoorthy, Yap e i suoi collaboratori hanno ottimizzato le dimensioni e la densità del cluster per massimizzare i miglioramenti del SERS. La loro tecnica è anche efficiente:sono necessari meno di 10 milligrammi di polimero e 100 milligrammi di nanoparticelle d'oro per rivestire un intero wafer di 100 millimetri di diametro, o circa 200 punte in fibra. Sia il polimero che le nanoparticelle possono essere prodotti in serie a basso costo. In virtù del fatto di essere interamente 'autoassemblato', la tecnica non richiede attrezzature specializzate o una camera bianca su misura, quindi è adatto per l'implementazione commerciale a basso costo.
"Abbiamo depositato domande di brevetto per l'opera a Singapore, Stati Uniti e Cina, " dice Krishnamoorthy. "Gli array sono vicini allo sfruttamento commerciale come chip di sensori usa e getta per l'uso in sensori SERS portatili, in collaborazione con l'industria».
