استفاده از نانوحلقه‌های نقره‌ای به‌عنوان حسگرهای مولکولی

طیف‌سنجی رامان بهبودیافته سطحی (SERS) یک ابزار بسیار قدرتمند برای آنالیز مقادیر
بسیار ناچیزی از اجزای شیمیایی و زیست‌مولکولی است. در این روش با استفاده از ذرات
فلزی نانومقیاس، افزایش بسیار زیادی در سیگنال رامان ایجاد می‌شود. با این حال تنها
زمانی می‌توان از SERS به عنوان یک ابزار آنالیزی بهره برد که امکان تولید بسترهایی
با قابلیت ایجاد افزایش زیاد، قابل پیش‌بینی و تکرار‌پذیر در سیگنال رامان وجود
داشته باشد.

در گذشته دو روش تولید پیشنهاد شده‌اند: روش‌های بالا به پایین مثل لیتوگرافی تابش
الکترونی یا آسیاب تابش یونی متمرکز، و راهکارهای پایین به بالای مبتنی بر
لیتوگرافی طبیعی. در روش‌های بالا به پایین کنترل خوبی روی اندازه، شکل و فاصله
میان ذرات وجود دارد، اما به دلیل طبیعت سریالی این روش‌ها، موانعی همچون سرعت
پایین و هزینه بالای تجهیزات نیز ایجاد می‌شوند. این موانع به طور معمول منجر به
ایجاد نانوساختارهایی با کیفیت شیمیایی و بلوری پایین می‌شوند. از سوی دیگر،
لیتوگرافی طبیعی با استفاده از بلورهای کلوئیدی دوبعدی، به صورت موازی صورت گرفته و
امکان سنتز سریع نانوساختارها را با هزینه پایین فراهم می‌آورد.

بهترین شکل هندسی

محققان آزمایشگاه‌های فدرالِ بررسی و تحقیق مواد در سوئیس (EMPA) یک فرایند سنتزی
ساده و قابل کنترل برای ایجاد نانوساختارهای منظم نقره ابداع کرده‌اند. این روش که
شامل آبکاری بدون برق با استفاده از یک ماسک متشکل از نانوکره‌هاست، امکان تغییر
مورفولوژی را نیز ایجاد می‌کند.

این گروه تحقیقاتی برای بررسی میزان فعالیت SERS طراحی خود، پاسخ رامان یک ماده
رنگی آلی را که بستر مورد نظر را پوشانده بود، مطالعه نمودند. آنها دریافتند
نانودانه‌های نقره‌ای که به شکل نانوحلقه‌ها آرایش یافته‌اند، بهترین شکل هندسی را
برای افزایش تعداد نقاط داغ فعال در SERS تا بیشترین مقدار خود فراهم می‌آورند.

این نوع آرایش نانوساختارها باندهای قوی رامان را که به راحتی قابل اندازه‌گیری
بودند، ایجاد کردند؛ این باندها با استفاده از crystal violet
(ماده رنگی مورد استفاده در مطالعات زیست‌شناسی) ایجاد شدند؛ اگر این ماده را روی
سیلیکون خالص رسوب دهیم، هیچ باند رامانی مشاهده نمی‌شود
 

  

 

نانوساختارهای دیگری با مورفولوژی‌های مختلف و پیچیده از فلزات دیگرِ فعال در SERS
(همچون طلا) ساخته شده و در حال حاضر تحت مطالعه قرار دارند.

جزئیات این پژوهش در مجله Nanotechnology منتشر شده است.