Kanker, voedselpathogenen en bedreigingen voor de bioveiligheid kunnen allemaal worden opgespoord met behulp van een detectietechniek die Surface Enhanced Raman-spectroscopie (SERS) wordt genoemd. Om te voldoen aan de steeds toenemende eisen op het gebied van gevoeligheid, echter, signalen van moleculen van deze middelen vereisen een enorme verbetering, en huidige SERS-sensoren vereisen optimalisatie. Een door A*STAR geleid onderzoeksteam heeft onlangs een opmerkelijk regelmatige reeks dicht opeengepakte gouden nanodeeltjesclusters gefabriceerd die SERS-sensoren zullen verbeteren.

Zogenaamde 'Raman-verstrooiing' treedt op wanneer moleculen verstrooien op golflengten die niet aanwezig zijn in het invallende licht. Deze moleculen kunnen worden gedetecteerd met SERS-sensoren door ze in contact te brengen met een nanogestructureerd metalen oppervlak, verlicht door een laser op een bepaalde golflengte. Een ideaal sensoroppervlak zou moeten hebben:dichte pakking van metalen nanostructuren, meestal goud of zilver, om Raman-verstrooiing te intensiveren; een regelmatige regeling om herhaalbare signaalniveaus te produceren; economische constructie; en robuustheid om de detectieprestaties in de loop van de tijd te behouden.

Weinig van de vele bestaande benaderingen slagen in alle categorieën. Echter, Fung Ling Yap en Sivashankar Krishnamoorthy bij het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, en collega's produceerden dicht opeengepakte nanocluster-arrays van goud die de meest wenselijke aspecten voor fabricage en detectie bevatten. Naast vlakke oppervlakken, ze slaagden er ook in om glasvezeltips te coaten met even dichte nanoclusterarrays (zie afbeelding), wat een bijzonder veelbelovende ontwikkeling is voor remote-sensing-toepassingen, zoals het toezicht op gevaarlijk afval.

De onderzoekers hebben hun arrays zelf samengesteld door oppervlakken te gebruiken die zijn gecoat met zelfgevormde polymeernanodeeltjes, waaraan kleinere gouden nanodeeltjes zich spontaan hechten om clusters te vormen. "Het was verrassend om op betrouwbare wijze kenmerkscheidingen van minder dan 10 nanometer te bereiken, tegen hoge opbrengst, over macroscopische gebieden met behulp van eenvoudige processen zoals coating en adsorptie, " merkt Krishnamoorthy op.

Door de grootte en dichtheid van de polymeerkenmerken te variëren, Krishnamoorthy, Yap en collega's hebben de clustergrootte en -dichtheid afgestemd om SERS-verbeteringen te maximaliseren. Hun techniek is ook efficiënt:er is minder dan 10 milligram van het polymeer en 100 milligram gouden nanodeeltjes nodig om een ​​hele wafel met een diameter van 100 millimeter te coaten, of ongeveer 200 vezeltips. Zowel het polymeer als de nanodeeltjes kunnen tegen lage kosten in massa worden geproduceerd. Doordat ze volledig 'zelf samengesteld' zijn, de techniek vereist geen gespecialiseerde apparatuur of een op maat gemaakte cleanroom, dus het is zeer geschikt voor goedkope commerciële implementatie.

"We hebben patentaanvragen ingediend voor het werk in Singapore, de VS en China, ", zegt Krishnamoorthy. "De arrays zijn bijna commercieel gebruikt als wegwerpsensorchips voor gebruik in draagbare SERS-sensoren, in samenwerking met de industrie."