Миниатюрный SERS-датчик может стать основой универсального детектора мобильного телефона - «Наука и технологии»

Идентификация поддельных произведений искусства, поиск экземпляров раковых клеток в море обычных здоровых клеток, идентификация определенных бактерий в пищевых продуктах и многое другое - это все примеры применения технологии так называемой расширенной поверхностной Рамановской спектроскопии (surface-enhanced Raman spectroscopy). Однако, системы датчиков и дополнительные чипы, которые используются для проведения такого вида спектроскопии, являются сложными и дорогостоящими, поэтому в большинстве случаев используются специализированные устройства, ограниченные возможностью поиска максимум нескольких определенных химических веществ. Однако, группе исследователей из университета Буффало (University of Buffalo) удалось преломить имеющуюся ситуацию, их усилиями были созданы универсальные наноразмерные и недорогие SERS-датчики, которые можно использовать для всеобъемлющего анализа окружающей нас среды.

SERS-технология основана на уникальности электромагнитных свойств молекул различных химических соединений, которые освещаются светом лазера с переменной длиной волны, одновременно взаимодействуя с поверхностью, изготовленной из специального материала, свойства которого позволяют еще увеличить "ответ" молекул на воздействие света. Таким образом, получается, что у каждого химического соединения имеется своя уникальная спектральная "подпись" и этот метод позволяет определить химический состав даже таких маленьких образцов, которые невидимы для невооруженного человеческого глаза.

К сожалению, почти все производимые на сегодняшний день SERS-датчики ориентированы на работу со светом одной определенной длины волны, это означает, что для идентификации образцов различных химических соединений могут потребоваться несколько различных чипов. Кроме этого существующие датчики неспособны идентифицировать некоторые неизвестные составы, для анализа которых требуются химически активные поверхности разных типов.

Исследовательская группа, состоящая из специалистов университета Буффало и Фуданьского университета (Fudan University), Китай, создали широкополосную поверхностную сеть, состоящую из наноструктур определенного типа, которая способна эффективно улавливать в свои оптические ловушки свет в диапазоне от 450 до 1100 нанометров, использующийся в SERS-спектрографии.

Поверхность представляет собой многослойную структуру. Роль зеркала выполняет тонкий слой серебра или алюминия, а в роли диэлектрика выступает слой кремния или окиси алюминия, который отделяет поверхность зеркала от слоя беспорядочно расположенных серебряных наночастиц. К сведению, использование подобной структуры поверхности датчика позволило избежать необходимости использования при его производстве дорогих литографических технологий.

"Теперь вместо необходимости использования нескольких типов поверхностей для измерения интенсивности рамановских лучей, возбужденных светом с различными длинами волн, мы можем использовать одну единственную универсальную поверхность" - рассказывает Нэн Занг (Nan Zhang), один из исследователей, - "Это можно сравнить с универсальной отмычкой, при помощи которой можно открыть много замков различных типов".

"Поля применения подобных устройств весьма широки" - рассказывает Кай Луи (Kai Liu), исследователь из университета Буффало, - "Такие крошечные устройства можно будет встраивать прямо в смартфоны или в специализированные устройства, которые смогут идентифицировать множество различных химических соединений, биомолекул, что можно использовать для поиска взрывчатки, утечек опасных химических веществ, для диагностики рака, малярии и множества других заболеваний".