Медь и алюминий могут заменить золото в спектроскопии

Ученые предложили новый метод сравнения металлов, которые используются в поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии. Этот вид спектроскопии помогает получить «паспорт» молекулы, который показывает ее химическую структуру. Результаты исследования сотрудников Томского политехнического университета и их коллег из Германии опубликованы в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.

Рамановская спектроскопия — вид спектроскопии, который позволяет исследовать тот или иной материал на молекулярном уровне. Она применяется для молекулярного анализа лекарств, характеристики качеств материалов, контроля механических напряжений в полупроводниках, при проведении судебных экспертиз волокон и тканей, для анализа компонентов продуктов питания и во многих других областях. В основе метода рамановской спектроскопии лежит способность исследуемых систем (молекул) к неупругому (рамановскому, или комбинационному) рассеянию монохроматического света, что позволяет идентифицировать колебания молекул. Молекула освещается лазером, и ученые идентифицируют ее по рассеянному световому сигналу. Таким образом она и получает свой уникальный «паспорт».

Сверхчувствительность метода обеспечивается специальными наноструктурированными металлическими подложками. Чем активнее они усиливают световой сигнал, исходящий от молекулы, тем качественнее ее можно идентифицировать. Правильно подобранный металл имеет важное значение для эффективного усиления оптических сигналов. Метод авторов статьи помогает наиболее точно определить, какой из металлов лучше всего способен справиться с этой задачей. Ученые сравнили на чувствительность к световому сигналу четыре металла — медь, алюминий, золото и серебро.

«Сейчас для приблизительного сравнения подложек используют параметр, который называется коэффициентом усиления. Он показывает, насколько мы улучшили эффективность метода анализа. Для его расчета нужно точно контролировать, сколько молекул испытали на себе эффект усиления оптического сигнала. Говоря простым языком, стали светиться ярче», — объяснил профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

Этот эффект испытывают не все молекулы, а лишь те, что попадают в области усиления — определенные нанообласти на поверхности металла — их называют «горячими точками». Следовательно, нельзя точно сказать, какая именно часть молекул испытала на себе эффект усиления оптического сигнала. Из-за этого можно ошибиться в расчетах, и коэффициент усиления будет отличаться от реального в сто, а то и в тысячу раз.

«Мы максимально контролируем все параметры для разных металлов: размер "горячих точек", количество молекул. Более того, молекулы осаждаются на поверхность "сухим" методом, что не позволяет им активно перемещаться по поверхности, — описывает технологию Рауль Родригес. — На подложки из кремния сверху наносится монослой наносфер из полистерола, поверх образованной наноструктуры осаждают металл. В результате получается волнистая металлическая поверхность. Затем на эту поверхность осаждаются те молекулы, которые нужно обнаружить. Причем на подложке из любого металла они распределяются одинаково, попадая в том числе и в "горячие точки". Далее мы подсвечиваем молекулы с помощью лазера и измеряем исходящий от них рассеянный сигнал, который мы можем сравнивать напрямую, избегая любых ненадежных оценок».

Проведя этим методом сравнение меди, алюминия, золота и серебра, ученые выявили что медь и алюминий дают усиление, по меньшей мере сравнимое с золотом и серебром, считающимися самыми чувствительными металлами. Кроме того, чувствительность таких подложек даже выше, чем у более дорогих.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.