Ученые создали миниатюрные и недорогие SERS-датчики, которые можно использовать, в том числе, в мобильных устройствах.

SERS-технология основана на анализе отраженных от изучаемого материала лучей лазера с переменной длиной волны. Достижение заключается в создании материала подложки, на который помещаются пробы. Эта подложка универсальна, и позволяет определенным образом усилить «обратную реакцию» молекул соединений, которые обрабатывают лазером.

Объемные и цветные гистограммы структуры поверхности серебряных NHC-чипов с образцами тканей, при использовании 3D лазерного сканирующего конфокального микроскопа

Суть метода заключается в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определенной длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Полученные лучи с помощью линзы собираются в один пучок и пропускаются через светофильтр, отделяющий слабые (0,001 % интенсивности) рамановские лучи от более интенсивных (99,999 %) рэлеевских. «Чистые» рамановские лучи усиливаются и направляются на детектор, который фиксирует частоту их колебания.

Положительная сторона метода — можно использовать сверхмалые количества вещества. Специалисты утверждают, что работать можно даже с образцами, которые не видны невооруженным глазом. Подложка при этом улучшает световое поле, что способствует усилению «неупругого рассеяния». Ученые из университета Буффало смогли создать универсальную подложку для проведения такого рода исследований, в то время, как обычное проведение Рамановской спектроскопии требует использования различных подложек для изучения различных материалов. Кроме того, ранее требовалось использовать и лазеры с разной длиной волны и различной мощностью.

Результаты анализа тканей различного типа (в том числе, и раковых образований)

Универсальная подложка, созданная специалистами из университета Буффало и Фуданьского университета, представляет собой наноструктурную широкополосную сеть. Эта сеть может улавливать световое излучение с различной длиной волны (от 450 до 1100 нм), которое и используется SERS. Подложка состоит из нескольких слоев, одним из которых является зеркальный слой из алюминия или серебра. Диэлектриком служит слой кремния или окиси алюминия. Диэлектрик разделяет «зеркало» и наночастицы серебра.

«Все это действует, как отмычка. Вместо того, чтобы использовать различные подложки для светового излучения с различными длинами волн, мы используем только одну подложку. Это вроде отмычки, которая открывает множество дверей», — говорит представитель команды ученых Нэн Занг (Nan Zhang).

Также Занг утверждает, что применение подобного чипа возможно в различных областях науки и промышленности.

«Возможность работы даже с очень малым количеством вещества может помочь в определении рака, малярии, ВИЧ и других работах», — комментирует Нэн Занг.

Как и говорилось выше, новую разработку можно использовать не только в медицине. К примеру, эта технология поможет отличить подлинник картины от подделки, определить концентрацию токсинов в воздухе или воде, определить составляющие компоненты химического оружия при его использования.

Сейчас ученые из группы проекта занимаются различными исследованиями в области нанофотоники, биофотоники, изучением гибридных материалов и их производных, нелинейной и волоконной оптикой, метаматериалами, оптофлюидами и многим другим. Благодаря работе специалистов, изучающих смежные отрасли, и стало возможным создание универсального SERS-чипа.