Wetenschappers van de Far Eastern Federal University (FEFU) met collega's uit Rusland, Japan, en Australië hebben een multifunctionele sensor ontwikkeld op basis van een speciaal ontworpen goudfilm, waarvan het oppervlak miljoenen parabolische nanoantennes bevat, geproduceerd door femtoseconde laserprinten. De sensor identificeert moleculen in sporenconcentraties, detecteren ze in vloeibare en gasomgevingen. Het kan gemakkelijk worden aangepast om verschillende modaliteiten te bieden, inclusief biologische studies, medische en veiligheidstaken. Het gerelateerde onderzoek is gepubliceerd in Nanomaterialen .

De sensor reageert op de kleinste veranderingen van de omgeving in de nabijheid van het oppervlak, bijv. gas of organische moleculen, veranderingen in de lokale brekingsindex van een vloeistof, enz. en kan worden toegepast voor bioanalyse, milieu Controle, analyse van voedselkwaliteit, en verschillende beveiligingssystemen.

"Ondanks de aanzienlijke vooruitgang die de wetenschap de afgelopen decennia heeft geboekt op het gebied van zeer nauwkeurige fysisch-chemische sensoren, flexibele goedkope technologieën voor het vervaardigen van goedkope multifunctionele sensoren die verschillende meetmodaliteiten combineren binnen een enkel apparaat zijn nog steeds nodig. Bestaande lithografische technologieën voor de fabricage van dergelijke sensoren kosten tijd en geld en zijn daarom niet geschikt voor massaproductie. We hebben efficiënte en goedkope laserprinttechnologie voorgesteld om het genoemde probleem op te lossen. Hiermee kunnen we eenvoudig sensorelementen produceren met de gewenste oppervlaktemorfologie en resonantie-eigenschappen, geoptimaliseerd om verschillende detectiemodaliteiten samen te voegen en om voldoende mechanische sterkte te hebben om in vloeibare omgevingen te werken, " zei Aleksandr Kuchmizhak, research fellow bij de FEFU STI voor Virtual en Augmented Reality.

Het sensorsysteem op basis van nanogetextureerde goudfilm werd gefabriceerd door directe femtosecond-laserprinting. De blootstelling van zo'n ultradunne goudfilm aan enkele femtoseconde pulsen resulteerde in de vorming van miljoenen holle parabolische nanostructuren (nanooïden), de zogenaamde nanoantennes. Een geordende reeks van deze nanostructuren heeft uitgesproken resonante optische eigenschappen. Ze zetten invallende straling van het zichtbare en IR-spectrale bereik effectief om in speciale oppervlaktegolven, zogenaamde oppervlakteplasmonen, die de sensor zijn opmerkelijke gevoeligheid voor veranderingen in de omgeving geven.

Wetenschappers van FEFU, FEB RAS en MEPhI, evenals van het Nagoya Institute of Technology (Japan), Tokai University (Japan) en Swinburne University of Technology (Australië) namen deel aan het werk.

Eerder, wetenschappers van FEFU en Swinburne University of Technology werkten samen met Indiase en Japanse collega's, had een optisch element ontwikkeld op basis van een reeks kruisvormige silicium nanoantennes. Op de juiste manier geregeld, deze nanoantennes vormden een spiraalvormige golfplaat voor middelste IR- en THz-spectrale bereiken, waardoor een gewone Gauss-straal kon worden omgezet in een enkelvoudige vortexstraal. Het optische element was bedoeld om geavanceerde laboratoriumonderzoeken uit te voeren naar de structuur van de eiwitten in het IR-spectrale bereik, evenals om nieuwe chirale moleculaire verbindingen te bestuderen.