(Phys.org) —Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie (ETH) in Zürich hebben een nieuwe methode ontwikkeld om nanobuisjes te gebruiken om moleculen in extreem lage concentraties te detecteren, waardoor sporen van biologische bedreigingen kunnen worden gedetecteerd, explosieven en drugs.

Het gezamenlijke onderzoeksteam, onder leiding van LLNL-ingenieur Tiziana Bond en ETH-wetenschapper Hyung Gyu Park, gebruiken spaghetti-achtige, goud-hafnium-gecoate koolstofnanobuisjes (CNT) om de detectiemogelijkheden in oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie (SERS) te versterken.

SERS is een oppervlaktegevoelige techniek die de inelastische verstrooiing van fotonen door moleculen die op ruwe metalen oppervlakken of door nanostructuren zijn geadsorbeerd, verbetert.

Bond en haar medewerkers gebruiken met metaal beklede nanobuisjes die samengebundeld zijn als een jungle-luifel om de signalen van zowel het invallende als Raman verstrooide licht te versterken door opwindende lokale elektronenplasmonen.

Hun echte doorbraak, echter, ontdekt het gebruik van een tussenliggende diëlektrische coating (hafnium) om het uitdoven van de vrije elektronen in het metaal door de CNT's te blokkeren, waardoor de nanobuisjes ongeremd kunnen functioneren.

Door de elektronen te behouden en het licht te versterken door het gebruik van nanobuis-jungles, het team is in staat om de detectiegevoeligheden van de SERS in CNT-structuren aanzienlijk te vergroten.

De hafniumcoating maakt het opeenhopen van gouden nanobuisjes mogelijk, waardoor een dik bladerdak ontstaat vol gevoelige plekken voor detectie. Dankzij de nanobuisjes kan invallend licht worden opgevangen en gefocust op de talrijke contactpunten en spleten, het door Raman verspreide licht doorlaten. Hierdoor kunnen draagbare Raman-apparaten willekeurig specifieke stoffen in de lucht detecteren en identificeren.

"Dit is een zeer belangrijke ontdekking in onze inspanningen om het gebruik van SERS-apparaten te verbeteren, Bond zei. "We hebben deze waardevolle kennis opgedaan door multidisciplinair basisonderzoek en het benaderen van het probleem met een rationeel ontwerp."

Bond en Park hopen dat hun technische materiaal uiteindelijk zal worden gebruikt in draagbare apparaten om ter plaatse analyses uit te voeren van chemische onzuiverheden zoals milieuverontreinigende stoffen of farmaceutische residuen in water. Andere toepassingen zijn onder meer de realtime monitoring van fysiologische niveaus voor de biomedische industrie en snelle screening van medicijnen en toxines voor wetshandhaving.

"We zijn bezig met het indienen van een patent voor onze nieuwe ontdekking, ' zei Bond.