Aby silnie wzmocnić fale elektromagnetyczne emitowane przez pojedyncze cząsteczki chemiczne, naukowcy muszą osadzać badane obiekty na odpowiednich podłożach. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie odkryto prostą i tanią metodę wytwarzania podłoży przeznaczonych dla spektroskopii SERS. Jak poinformował Instytut w komunikacie przekazanym PAP, kluczową rolę w powstawaniu podłoży odgrywają sferyczne agregaty złota - kule rozmiaru mikrometrów, wyglądem przypominające kwiaty.
Wzmacniana powierzchniowo spektroskopia ramanowska (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) jest obiecującą techniką badawczą. Dzięki niej sygnały emitowane przez cząsteczki chemiczne mogą zostać wzmocnione setki tysięcy, a nawet miliony razy.
"Jednak nie ma róży bez kolców. Aby wzmocnienie było tak duże, cząsteczki należy umieścić na odpowiednio ukształtowanym podłożu. Pod mikroskopem elektronowym zazwyczaj przypomina ono spiczaste góry, na przykład takie jak Alpy, z tą różnicą, że tu wysokość wierzchołków mierzy się w nanometrach, a góry pokrywa nie śnieg, lecz warstwa złota" - opisuje dr hab. Marcin Fiałkowski, prof. nadz. IChF PAN.
Jak zaznaczają przedstawiciele Instytutu, na rynku nie ma obecnie tanich, dobrych i łatwych w eksploatacji podłoży do analizy sersowskiej, co jest jednym z czynników hamujących komercjalizację metody.
"Obiecującym rozwiązaniem problemu wydają się podłoża opracowane ostatnio w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w związku z realizacją grantu +Kwantowe nanostruktury+. Powstają one poprzez osadzanie na powierzchni płytki wytrącających się z roztworu, sferycznych i silnie postrzępionych złotych struktur. Oglądane pod mikroskopem elektronowym, te mikronowych rozmiarów kule przypominają pąki kwiatowe zbudowane z wielu płatków złota" - czytamy w komunikacie.
Największe wzmocnienie sygnału SERS występuje, gdy cząsteczka osiądzie na styku dwóch "szczytów" podłoża. Według naukowców z IChF PAN, efekt ten trudno uzyskać na dotychczasowych, przypominających góry powierzchniach, ponieważ poszczególne wierzchołki są na nich wyraźnie rozdzielone. Inaczej jest w przypadku podłoży ze złotych kwiatów. "Gdy postrzępione mikrokwiaty osadzają się na powierzchni, tworzą grube, złożone struktury przestrzenne z dużą liczbą miejsc styku między płatkami. To dlatego sygnały emitowane z naszych podłoży są wzmacniane nawet dziesięć milionów razy" - podkreśla doktorantka Instytutu Katarzyna Winkler.
Jak zaznaczono w komunikacie, nie mniej istotna od wzmocnienia jest powtarzalność sygnałów otrzymywanych z konkretnego podłoża. "Warstwy ze złotych kwiatów sprawdzają się pod tym względem znakomicie. Sygnały pochodzące od cząsteczek tego samego typu, znajdujących się w różnych miejscach tego samego podłoża, są do siebie bardzo podobne, co nie zawsze ma miejsce w przypadku powierzchni otrzymywanych innymi metodami" - napisali przedstawiciele IChF PAN.
Zdjęcia podłoży z mikrokwiatów złota wykonane za pomocą mikroskopu elektronowego. Powiększenia od góry: 1000x, 5000x, 10000x, 30000x. (Źródło: IChF PAN)
Jak zapewniają, produkcja podłoży ze złotych mikrokwiatów jest szybka, prosta, tania i nie wymaga stosowania robotów, ani pomieszczeń o wysokiej czystości. "W mieszaninie reakcyjnej mamy tylko sól złota i reduktor w odpowiedniej proporcji. Jego zadaniem jest zredukowanie kationów złota do złota metalicznego" - tłumaczy Winkler. Do tak przygotowanego roztworu wystarczy włożyć schropowaconą płytkę. Proces osadzania złotych kwiatów zazwyczaj kończy się w ciągu godziny, a samo podłoże jest gotowe do użycia już następnego dnia.
Metoda pokrywania powierzchni złotymi mikrokwiatami z przeznaczeniem dla spektroskopii SERS została zgłoszona do opatentowania.
Obecnie naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN pracują nad tym, by pokryte mikrokwiatami podłoża mogły być wykorzystywane wielokrotnie do pomiarów z użyciem różnych substancji. W tym celu są opracowywane metody zmywania analitów nienaruszające struktury podłoża.
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
