Dans la guerre asymétrique, la détection et l'identification précoces d'agents chimiques et biologiques à l'état de traces et de composés explosifs sont essentielles pour une réaction rapide, réponse, et la capacité de survie. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes actuellement utilisées pour détecter ces menaces, aucun ne permet l'empreinte unique des agents de menace au niveau des traces.

Une équipe de recherche, dirigé par les Drs. Joshua Caldwell et Orest Glembocki, scientifiques du laboratoire de recherche naval des États-Unis, Division des sciences et technologies électroniques, a surmonté cette limitation avec la diffusion Raman améliorée en surface (SERS) en utilisant des oscillations de plasmons stimulées optiquement dans des substrats nanostructurés.

Montré pour fournir des améliorations du signal Raman, les réseaux de nanopiliers en silicium (Si) recouverts d'or (Au) à grande surface sont plus de 100 millions de fois plus sensibles que la détection par diffusion Raman seule, tout en maintenant une réponse très uniforme avec moins de 30 pour cent de variabilité dans la zone du capteur.

"Ces réseaux sont d'un ordre de grandeur plus sensibles que les meilleurs capteurs SERS rapportés dans la littérature et que les capteurs SERS commerciaux à grande surface à la pointe de la technologie, " a déclaré Caldwell. " Ces baies peuvent être un élément clé d'un système entièrement intégré, des capteurs chimiques fonctionnant de manière autonome qui détectent, identifier et signaler la présence d'une menace à des niveaux d'exposition infimes."

Les appareils Raman utilisent la lumière laser pour exciter les vibrations moléculaires, ce qui à son tour provoque un décalage de l'énergie des photons laser diffusés, haut ou bas, créer un motif visuel unique. Dans le cas de traces de molécules dans les gaz ou les liquides, la détection par diffusion Raman ordinaire est pratiquement impossible. Cependant, le signal Raman peut être amélioré via l'effet SERS à l'aide de nanoparticules métalliques.

Malgré la diffusion Raman augmentée en surface observée pour la première fois à la fin des années 1970, les efforts visant à fournir des capteurs chimiques reproductibles basés sur le SERS ont été entravés par l'incapacité de fabriquer des dispositifs à grande surface avec une réponse SERS uniforme. La capacité à modéliser de manière reproductible des particules de taille nanométrique dans des réseaux périodiques a finalement permis de répondre à cette exigence.

« Alors que de nombreux outils sont actuellement disponibles pour détecter des traces d'agents de guerre chimique et biologiques et de composés explosifs, un appareil utilisant le SERS peut être utilisé pour identifier ces quantités infimes des produits chimiques d'intérêt en fournissant une « empreinte » du matériau, qui élimine pratiquement la prévalence des fausses alarmes, " dit Glembocki.

SERS offre plusieurs avantages potentiels par rapport aux autres techniques spectroscopiques en raison de sa vitesse de mesure, haute sensibilité, portabilité, et une maniabilité simple. SERS peut en outre être utilisé pour améliorer les technologies Raman existantes, tels que les unités portatives et à distance qui sont déjà utilisées dans les applications sur le terrain.