I ricercatori di Utrecht hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore, circa 500 volte più piccolo della larghezza di un capello umano, con una capacità senza precedenti di rilevare quantità estremamente piccole di molecole. Questi sensori possono essere utilizzati per rilevare e identificare tracce di sostanze come inquinanti chimici o molecole importanti in medicina. I sensori utilizzano lo scattering Raman, un fenomeno che fornisce segnali così unici per diverse molecole che viene spesso definito "impronta digitale molecolare". Nella loro pubblicazione in Materiali funzionali avanzati , i ricercatori presentano la preparazione e l'uso di questi minuscoli sensori.

Il ricercatore capo Prof. Alfons van Blaaderen spiega che il loro "design si basa sull'assemblaggio di nanobarre d'oro, che migliorano la dispersione Raman delle molecole poste vicino alle loro punte decine di migliaia di volte, in un ammasso sferico più grande in cui i segnali Raman sono ancora più lontani migliorato. Un passaggio cruciale nella preparazione è stato quello di avvolgere prima ogni nanobarra d'oro nel proprio rivestimento poroso protettivo. Controllando lo spessore e la porosità di questo rivestimento, siamo stati in grado di controllare quanto strettamente le nanobarre potessero essere impacchettate insieme e quanto fosse facile o è difficile che le molecole entrino nel sensore".

Piccole goccioline d'acqua

Riunire le aste rivestite in un nanosensore era un obiettivo chiave per gli autori principali Jessi van der Hoeven e Harith Gurunarayanan. Van der Hoeven spiega che "volevano formare in modo controllabile un ammasso sferico da queste aste, dove i cosiddetti 'punti caldi' per lo scattering Raman si sovrapponevano e miglioravano ulteriormente i segnali Raman. Per farlo, abbiamo inserito le aste piccole goccioline d'acqua. Facendo evaporare lentamente l'acqua, i nanorod sono stati costretti a raggrupparsi in un gruppo sferico".

Utilizzando questo approccio, i ricercatori sono stati in grado di preparare un'intera gamma di nanosensori strutturati in modo diverso. Gurunarayanan aggiunge che "erano entusiasti di vedere che questi assemblaggi di nanorod non erano solo strutture graziose, ma anche molto bravi a rilevare quantità molto piccole di molecole, meglio dei precedenti assemblaggi di nanorod d'oro".

Grazie alle capacità di rilevamento delle impronte digitali dell'analisi di diffusione Raman, queste sovraparticelle - particelle costruite da nanoparticelle - sono adatte in molte applicazioni, che vanno dallo studio dei meccanismi chimici nella catalisi al rilevamento di tracce di inquinanti chimici e molecole importanti in biologia o medicina. È importante ricordare che l'attrezzatura portatile per la diffusione Raman, che è relativamente costosa, è già disponibile.

Sebbene le sovraparticelle di rilevamento realizzate abbiano superato le strutture di rilevamento Raman delle nanobarre d'oro riportate in precedenza, è anche entusiasmante che ci sia ancora molto spazio per importanti miglioramenti su questo progetto iniziale. Molte idee sono già allo studio per ottimizzare ulteriormente la sensibilità e la funzionalità di questi assiemi. Questi sensori sovraparticellari Raman hanno letteralmente e metaforicamente un brillante futuro davanti a sé. + Esplora ulteriormente

Gli scienziati combinano le discipline per individuare piccole strutture in molecole non etichettate