A 100, Visão ampliada 000 vezes do revestimento de ouro, nanopilares de silício que compõem os arranjos usados nas medições SERS. Cada matriz consiste em 250, 000 nanopilares com até 400 matrizes por wafer. Crédito:Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA
Na guerra assimétrica, a detecção e identificação precoce de agentes químicos e biológicos em nível de traço e compostos explosivos é crítica para a reação rápida, resposta, e capacidade de sobrevivência. Embora existam muitos métodos usados atualmente para detectar essas ameaças, nenhum permite a impressão digital exclusiva de agentes de ameaça em níveis de rastreamento.
Uma equipe de pesquisa, liderado pelos drs. Joshua Caldwell e Orest Glembocki, cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, Divisão de Ciência e Tecnologia Eletrônica, superou esta limitação com o espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS) usando oscilações de plasmon estimuladas opticamente em substratos nanoestruturados.
Mostrado para fornecer melhorias do sinal Raman, As matrizes de nanopilares de silício (Si) revestidas com ouro (Au) de grande área são mais de 100 milhões de vezes mais sensíveis do que o sensor de espalhamento Raman sozinho, enquanto mantém uma resposta muito uniforme com menos de 30 por cento de variabilidade em toda a área do sensor.
"Essas matrizes são em uma ordem de magnitude mais sensíveis do que os sensores SERS mais bem relatados na literatura e os atuais sensores SERS comerciais de grande área de última geração, "disse Caldwell." Essas matrizes podem ser um componente-chave do sistema totalmente integrado, sensores químicos de operação autônoma que detectam, identificar e relatar a presença de uma ameaça em níveis de rastreamento de exposição. "
Os cientistas Orest Glembocki (segurando um espectrômetro Raman portátil DeltaNu ExamineR) e Joshua Caldwell, exibir um dos wafers de silício que eles fabricaram para o sensor SERS usando gravação de íons e litografia de feixe eletrônico. Vários arranjos quadrados de nanopilar de silício revestido de ouro foram fabricados no wafer para realizar testes de espalhamento Raman com superfície aprimorada. Crédito:Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA / Jamie Hartman
Dispositivos Raman usam luz laser para excitar vibrações moleculares, o que, por sua vez, causa uma mudança na energia dos fótons de laser espalhados, Para cima ou para baixo, criando um padrão visual único. No caso de vestígios de moléculas em gases ou líquidos, a detecção por meio de espalhamento Raman comum é virtualmente impossível. Contudo, o sinal Raman pode ser aumentado por meio do efeito SERS usando nanopartículas de metal.
Apesar do espalhamento Raman aprimorado pela superfície ter sido observado pela primeira vez no final dos anos 1970, esforços para fornecer sensores químicos baseados em SERS reproduzíveis foram prejudicados pela incapacidade de fazer dispositivos de grande área com uma resposta SERS uniforme. A capacidade de padronizar de forma reproduzível partículas de tamanho nanométrico em matrizes periódicas finalmente permitiu que esse requisito fosse atendido.
"Embora muitas ferramentas estejam disponíveis atualmente para detectar vestígios de guerra química e agentes biológicos e compostos explosivos, um dispositivo que usa SERS pode ser usado para identificar essas quantidades mínimas de produtos químicos de interesse, fornecendo uma 'impressão digital' do material, que praticamente elimina a prevalência de alarmes falsos, "diz Glembocki.
O SERS oferece várias vantagens potenciais sobre outras técnicas espectroscópicas devido à sua velocidade de medição, alta sensibilidade, portabilidade, e manobrabilidade simples. O SERS também pode ser usado para aprimorar as tecnologias Raman existentes, como as unidades manuais e distantes que já estão em uso em aplicações de campo.
