Dalla sicurezza aeroportuale che rileva esplosivi agli storici dell'arte che autenticano dipinti, la sete della società di sensori potenti sta crescendo.

Dato che, poche tecniche di rilevamento possono eguagliare il ronzio creato dalla spettroscopia Raman potenziata in superficie (SERS).

Scoperto negli anni '70, SERS è una tecnica di rilevamento apprezzata per la sua capacità di identificare molecole chimiche e biologiche in un'ampia gamma di campi. è stato commercializzato, ma non ampiamente, perché i materiali necessari per eseguire il rilevamento vengono consumati durante l'uso, relativamente costoso e complicato da fabbricare.

Questo potrebbe presto cambiare.

Un team di ricerca internazionale guidato dagli ingegneri dell'Università di Buffalo ha sviluppato una nanotecnologia che promette di rendere il SERS più semplice e più conveniente.

Descritto in un documento di ricerca pubblicato oggi sulla rivista Interfacce materiali avanzati , il progresso della fotonica mira a migliorare la nostra capacità di rilevare tracce di molecole nelle malattie, agenti di guerra chimica, dipinti fraudolenti, contaminanti ambientali e altro ancora.

"La tecnologia che stiamo sviluppando - un substrato universale per SERS - è un unico e, potenzialmente, caratteristica rivoluzionaria. Ci consente di identificare e misurare rapidamente molecole chimiche e biologiche utilizzando una nanostruttura a banda larga che intrappola un'ampia gamma di luce, " disse Qiaoqiang Gan, assistente professore UB di ingegneria elettrica e autore principale dello studio.

Ulteriori autori dello studio sono:dottorandi UB in ingegneria elettrica Nan Zhang, Kai Liu, Canzone Haomin, Xie Zeng, Dengxin Ji e Alec Cheney; e Suhua Jiang, professore associato di scienza dei materiali, e Zhejun Liu, Candidato al dottorato, entrambi alla Fudan University in Cina.

Quando un potente laser interagisce con molecole chimiche e biologiche, il processo può eccitare i modi vibrazionali di queste molecole e produrre scattering anelastico, chiamato anche dispersione Raman, di luce. Quando il raggio colpisce queste molecole, può produrre fotoni che hanno una frequenza diversa dalla luce laser. Pur ricco di dettagli, il segnale della dispersione è debole e difficile da leggere senza un laser molto potente.

SERS affronta il problema utilizzando un substrato nanomodellato che migliora significativamente il campo luminoso in superficie e, perciò, l'intensità di dispersione Raman. Sfortunatamente, i substrati tradizionali sono in genere progettati solo per una gamma molto ristretta di lunghezze d'onda.

Questo è problematico perché sono necessari diversi substrati se gli scienziati vogliono usare un laser diverso per testare le stesse molecole. A sua volta, questo richiede più molecole chimiche e substrati, aumento dei costi e dei tempi per eseguire il test.

Il substrato universale risolve il problema perché può intrappolare un'ampia gamma di lunghezze d'onda e comprimerle in spazi molto piccoli per creare un campo luminoso fortemente potenziato.

La tecnologia consiste in un sottile film di argento o alluminio che funge da specchio, e uno strato dielettrico di silice o allumina. Il dielettrico separa lo specchio con minuscole nanoparticelle metalliche distanziate casualmente nella parte superiore del substrato.

"Si comporta in modo simile a una chiave di scheletro. Invece di aver bisogno di tutti questi diversi substrati per misurare i segnali Raman eccitati da diverse lunghezze d'onda, alla fine ne avrai bisogno solo uno. Proprio come una chiave di scheletro che apre molte porte, " disse Zhang.

"Le applicazioni di un tale dispositivo sono di vasta portata, " ha affermato Kai Liu. "La capacità di rilevare quantità ancora più piccole di molecole chimiche e biologiche potrebbe essere utile con i biosensori utilizzati per rilevare il cancro, Malaria, HIV e altre malattie".

Potrebbe essere utile identificare le sostanze chimiche utilizzate in alcuni tipi di vernice. Questo potrebbe essere utile per rilevare opere d'arte contraffatte e ripristinare opere d'arte invecchiate. Anche, la tecnologia potrebbe migliorare la capacità degli scienziati di rilevare tracce di tossine nell'aria, acqua o altri spazi che sono causa di problemi di salute. E potrebbe aiutare nel rilevamento di armi chimiche.

La National Science Foundation ha sostenuto la ricerca in una sovvenzione per sviluppare un sistema di biorilevamento in vivo in tempo reale. Gan condivide la borsa di studio con Josep M. Jornet e Zhi Sun, entrambi assistenti professori di ingegneria elettrica presso UB.