Wetenschappers op zoek naar sporen van drugs, componenten voor het maken van bommen en andere chemicaliën werpen vaak licht op de materialen die ze analyseren.

Deze benadering staat bekend als spectroscopie, en het omvat het bestuderen van hoe licht interageert met sporen van materie.

Een van de effectievere vormen van spectroscopie is infraroodabsorptiespectroscopie, die wetenschappers gebruiken om prestatieverhogende medicijnen op te sporen in bloedmonsters en kleine deeltjes explosieven in de lucht.

Hoewel infraroodabsorptiespectroscopie de afgelopen 100 jaar sterk is verbeterd, onderzoekers werken nog steeds aan het gevoeliger maken van de technologie, goedkoop en veelzijdig. Een nieuwe lichtvangende sensor, ontwikkeld door een team van ingenieurs onder leiding van de Universiteit van Buffalo en beschreven in een Geavanceerde optische materialen studie, boekt vooruitgang op alle drie de gebieden.

"Dit nieuwe optische apparaat heeft het potentieel om ons vermogen te verbeteren om allerlei soorten biologische en chemische monsters te detecteren, " zegt Qiaoqiang Gan, doctoraat, universitair hoofddocent elektrotechniek aan de School of Engineering and Applied Sciences van de UB, en de hoofdauteur van de studie.

Co-auteurs van de studie - die op de omslag van Advanced Science News van september zal verschijnen - in het laboratorium van Gan zijn onder meer Dengxin Ji, Alec Cheney, Nan Zhang Haomin Song en Xie Zeng, doctoraat. Andere co-auteurs komen van Fudan University en Northeastern University, zowel in China, en de Universiteit van Wisconsin-Madison.

De sensor werkt met licht in de midden-infrarode band van het elektromagnetische spectrum. Dit deel van het spectrum wordt gebruikt voor de meeste afstandsbedieningen, nachtzicht en andere toepassingen.

De sensor bestaat uit twee lagen metaal met daartussen een isolator. Met behulp van een fabricagetechniek genaamd atoomlaagafzetting, onderzoekers hebben een apparaat gemaakt met openingen van minder dan vijf nanometer (een mensenhaar is ongeveer 75, 000 nanometer in diameter) tussen twee metaallagen. belangrijk, door deze gaten kan de sensor tot 81 procent van het infraroodlicht absorberen, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de 3 procent die vergelijkbare apparaten absorberen.

Het proces staat bekend als oppervlakteversterkte infraroodabsorptie (SEIRA) spectroscopie. de voeler, dat fungeert als substraat voor de te onderzoeken materialen, verhoogt de gevoeligheid van SEIRA-apparaten om moleculen te detecteren op 100 tot 1, 000 keer grotere resolutie dan eerder gerapporteerde resultaten.

De toename maakt SEIRA-spectroscopie vergelijkbaar met een ander type spectroscopische analyse, oppervlakteversterkte Rama-spectroscopie (SERS), die lichtverstrooiing meet in plaats van absorptie.

De vooruitgang van SEIRA kan nuttig zijn in elk scenario waarin sporen van moleculen moeten worden gevonden, zegt Ji, de eerste auteur en een promovendus in het lab van Gan. Dit omvat, maar is niet beperkt tot, drugsdetectie in bloed, materialen voor het maken van bommen, frauduleuze kunst en het volgen van ziekten.

Onderzoekers zijn van plan het onderzoek voort te zetten, en onderzoek hoe u de SEIRA-vooruitgang kunt combineren met geavanceerde SERS.