Onderzoekers van de universiteiten van Bristol en Bedfordshire, in samenwerking met multinational ABB, hebben een reeks plasmonische nanoantenne-arrays ontworpen en getest die zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van een nieuwe generatie ultragevoelige en goedkope fluorescentiesensoren die kunnen worden gebruikt om de waterkwaliteit te bewaken.

de arrays, ontworpen en getest door Dr. Neciah Dorh tijdens zijn doctoraat aan de Universiteit van Bristol, zijn gemaakt van aluminium nanostaafjes vervaardigd met behulp van elektronenstraallithografie door commerciële partner Kelvin Nanotechnologies. De nanostaafjes, 50nm breed en 158nm lang, zijn ontworpen om de fluorescentie-emissie van een reeks verontreinigingen in water, zoals diesel of tryptofaan, resonant te verbeteren.

Het werk, gepubliceerd in Toegepaste optica , toont een zesvoudige toename in gemeten fluorescentie-emissie van een kleurstof. Het onderzoek toont ook aan dat door het correct ontwerpen van de array-elementafstand, sterk gerichte fluorescentie-emissie kan worden verkregen, waardoor zeer geïntegreerde sensoren met meerdere golflengten kunnen worden ontworpen.

Het werk werd uitgevoerd in de onderzoeksgroep van professor Martin Cryan, dat deel uitmaakt van de Photonics Research group van de faculteit Electrical and Electronic Engineering.

Het project was een samenwerking met Dr. Andrei Sarua van de School of Physics in Bristol en Dr. Tahmina Ajmal van de University of Bedfordshire, die eerder aan het Aquatest-project in Bristol had gewerkt.

Samen ontwikkelden ze een prototype tegen lage kosten, LED-gebaseerd sensorsysteem, die ze van plan zijn verder te ontwikkelen tot een handbediend veldinzetbaar systeem voor het uitvoeren van waterkwaliteitsmonitoring.

Maarten Cryan, Hoogleraar Toegepaste Elektromagnetische en Fotonica bij de afdeling Electrical and Electronic Engineering aan de Universiteit van Bristol en co-auteur van het papier, zei:"De nanoantenne-arrays, die kunnen worden vervaardigd door goedkopere productietechnieken zoals nano-imprintlithografie, kan een aanzienlijke gevoeligheidsverbetering opleveren, zodat laboratoriumkwaliteitsmetingen in het veld kunnen worden uitgevoerd. Dit zou de inzet van draadloze sensornetwerken op afstand mogelijk maken voor vroegtijdige waarschuwing van vervuiling of continue monitoring van de waterkwaliteit in gevoelige omgevingen."

Dr Dorh, nu een Fellow binnen het QTEC-programma van Bristol, mede-oprichter van een start-up, FluoretiQ, het ontwikkelen van kwantumversterkte fluorescentiesensoren die helpen bij het identificeren van bacteriën binnen enkele minuten in plaats van dagen.

De groep van professor Cryan ontwikkelt systemen die de kracht van nanoantennes kunnen combineren met kwantumverbeterde sensoren om nog meer gevoeligheidsverbeteringen te produceren.