Фотонный кристалл поможет точнее определять химический состав сложных веществ

| 2159

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Германии и Литвы предложили способ повышения чувствительности метода поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Они продемонстрировали новый дизайн сенсора для SERS, в котором вместе с традиционными наночастицами используется фотонный кристалл. Развитие такого подхода позволит точнее определять химический состав смесей различных веществ. Результаты исследования опубликованы в журнале Sensors and Actuators B: Chemical (IF: 6,393; Q1). Работа проводится при поддержке Российского научного фонда.

Фото: принцип работы сенсора с фотонным кристаллом 

SERS — один из видов рамановской спектроскопии, применяется в пищевой промышленности, медицине, материаловедении, криминалистике. С его помощью получают «паспорт» молекулы с уникальной спектральной «подписью». Спектр показывает, как молекула рассеивает свет лазера. Для усиления сигнала и увеличения чувствительности детектирования используются сенсоры. Обычно это подложки, изготовленные из структур металлических наночастиц. Так можно определить химическую структуру вещества. 

«При использовании метода SERS сигнал усиливается, когда на наночастицы падает свет с определенной длиной волны. Однако до сих пор анализ сложных смесей остается непростой задачей: для каждой длины волны есть определенные молекулы, которые перебивают сигнал, и остальные молекулы просто не видны. Это очень важно и для экологического мониторинга, и для медико-биологических анализов. Мы предложили элегантное решение проблемы, добавив в конструкцию сенсора фотонный кристалл, на котором расположили наночастицы серебра треугольной формы», — рассказывает один из авторов статьи, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет

Фотонный кристалл — это периодическая структура, переливающаяся, как крылья бабочки-хамелеона или перья павлина. Он отражает разные длины волн в зависимости от периода структуры и угла падения света. 

«Наш фотонный кристалл — градиентный. Он изготовлен электрохимическим травлением кремния, период которого меняется вдоль поверхности, а значит, меняется и длина волны отраженного света.

Расположив наночастицы на поверхности такого фотонного кристалла, мы получили гибридную структуру — удалось добиться контроля над тем, на какой длине волны получен наилучший сигнал. Применение этого принципа дает более надежные и точные результаты анализа, чем при использовании волны одной длины»,

— поясняет Евгения Шеремет.

Над исследованием ученые ТПУ работали совместно с коллегами из Вильнюсского университета (Литва), Вюрцбургского университета (Германия) и Хемницкого технического университета (Германия).