Пленки из нанотрубок помогут точнее детектировать органические молекулы

Схематическое изображение пленки из нанотрубок, предложенной китайскими учеными. Схематическое изображение пленки из нанотрубок, предложенной китайскими учеными.

Последние исследования китайских ученых показали, что тонкие пленки, состоящие из скрещенных углеродных нанотрубок, помогут модифицировать существующие методики и с достаточно высокой точностью детектировать органические молекулы.

Когда свет взаимодействует с веществом, фотоны рассеиваются несколькими способами. В частности, они могут частично терять свою энергию, например, в рамках рассеяния на некоторых кристаллических структурах, известного как Рамановское.

Данный вид рассеяния достаточно сложен для изучения, потому что подвержено ему чрезвычайно малое число фотонов (порядка 1 и 10 миллионов). Но так называемый эффект гигантского комбинационного рассеяния света (Surface-enhanced Raman scattering или SERS), связанный с резонансом поверхностных плазмонов, позволяет усилить Рамановский сигнал на несколько порядков. Предполагается, что усиление происходит благодаря существенному увеличению локального электрического поля, вызываемому резонансом. Данная методика благодаря своей чувствительности уже не единожды использовалась на практике, в том числе, для обнаружения молекул взрывчатых веществ.

Для успешного детектирования молекул методика SERS требует, чтобы исследуемый образец имел большую площадь поверхности. Это обеспечивает адсорбцию большего числа молекул, что увеличивает их вклад в итоговый рамановский сигнал. Однако традиционные поверхности, используемые в такого рода экспериментах, обычно производятся электрохимическими методами из металлической фольги, которая подвергается распылению металлических коллоидов (металлических частиц в растворе) с последующим формированием поверхностных наноструктур при помощи литографии. Таким образом, традиционные «образцы» имеют плоскую форму, что естественным образом ограничивает площадь их поверхности.

Улучшить чувствительность существующих методов можно заменой обычной плоской поверхности на некие подложки, содержащие нанопоры, что существенно увеличило бы площадь поверхности, т.е. позволило бы адсорбировать еще больше молекул. Один из вариантов такой поверхности предложили недавно ученые из Tsinghua University (Китай). Они модифицировали известную методику SERS при помощи пленки, состоящей из выровненных скрещенных углеродных нанотрубок. Подобная сетка может служить основой для адсорбции отдельных газообразных молекул или наночастиц. Сетка имеет достаточно высокую площадь поверхности и уже «укомплектована» необходимыми поверхностными наноструктурами. Нуль-мерные серебряные наночастицы, необходимые для достижения резонанса поверхностных плазмонов, формируются на поверхности такой нанотрубки «автоматически» при помощи электронно-лучевого испарения серебра.

Эксперименты показали, что использование сетки, построенной из нанотрубок, может существенно улучшить результирующий сигнал. В ближайшем будущем ученые планируют подробнее исследовать механизмы, благодаря которым наблюдается столь положительный эффект. Кроме того, дополнительные исследования показали, что еще более улучшить чувствительность можно за счет использования некого промежуточного слоя вещества между нанотрубками и серебряными наночастицами. Таким образом, еще одно направление будущих исследований – поиск более эффективных промежуточных слоев.

По материалам:

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.8 (6 votes)
Источник(и):

1. spie.org

2. sci-lib.com