Schéma du substrat nanocluster SERS dans des configurations à puce planaire et à fibre optique. La forme du dôme des nanoclusters d'or reflète la forme des nanostructures polymères hémisphériques sur la surface sous-jacente. Les amas rouges/verts représentent les molécules analysées. Les barrettes sont densément tassées et régulièrement espacées (en médaillon :micrographie électronique des barrettes). Crédit :2012 American Chemical Society (encart); 2012 A*STAR Institute of Materials Research and Engineering (image principale)
Cancer, les agents pathogènes alimentaires et les menaces à la biosécurité peuvent tous être détectés à l'aide d'une technique de détection appelée spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS). Pour répondre aux exigences toujours croissantes de sensibilité, cependant, les signaux des molécules de ces agents nécessitent une amplification massive, et les capteurs SERS actuels nécessitent une optimisation. Une équipe de recherche dirigée par A*STAR a récemment fabriqué un ensemble remarquablement régulier d'amas de nanoparticules d'or étroitement entassés qui amélioreront les capteurs SERS.
Ce que l'on appelle la « diffusion Raman » se produit lorsque les molécules se diffusent à des longueurs d'onde non présentes dans la lumière incidente. Ces molécules peuvent être détectées avec des capteurs SERS en les mettant en contact avec une surface métallique nanostructurée, éclairé par un laser à une longueur d'onde particulière. Une surface de capteur idéale doit avoir :un emballage dense de nanostructures métalliques, généralement de l'or ou de l'argent, intensifier la diffusion Raman; un arrangement régulier pour produire des niveaux de signal reproductibles ; construction économique; et la robustesse pour maintenir les performances de détection au fil du temps.
Peu des nombreuses approches existantes réussissent dans toutes les catégories. Cependant, Fung Ling Yap et Sivashankar Krishnamoorthy à l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapour, et ses collègues ont produit des réseaux de nanoclusters d'or étroitement emballés qui incorporent les aspects les plus souhaitables pour la fabrication et la détection. En plus des surfaces planes, ils ont également réussi à revêtir des pointes de fibres optiques avec des réseaux de nanoclusters de densité similaire (voir image), qui est un développement particulièrement prometteur pour les applications de télédétection, comme la surveillance des déchets dangereux.
Les chercheurs ont auto-assemblé leurs réseaux en utilisant des surfaces recouvertes de nanoparticules de polymère autoformées, auquel de plus petites nanoparticules d'or se sont spontanément attachées pour former des amas. "Il était surprenant d'atteindre de manière fiable des séparations de caractéristiques de moins de 10 nanomètres, à haut rendement, à travers des zones macroscopiques en utilisant des processus simples tels que le revêtement et l'adsorption, " note Krishnamoorthy.
En faisant varier la taille et la densité des caractéristiques du polymère, Krishnamoorthy, Yap et ses collègues ont ajusté la taille et la densité du cluster pour maximiser les améliorations SERS. Leur technique est également efficace :moins de 10 milligrammes de polymère et 100 milligrammes de nanoparticules d'or sont nécessaires pour enrober une tranche entière de 100 millimètres de diamètre, ou environ 200 pointes de fibres. Le polymère et les nanoparticules peuvent être produits en masse à faible coût. En raison du fait qu'il est entièrement « auto-assemblé », la technique ne nécessite pas d'équipement spécialisé ni de salle blanche sur mesure, il est donc bien adapté à une mise en œuvre commerciale à faible coût.
"Nous avons déposé des demandes de brevet pour le travail à Singapour, les USA et la Chine, " dit Krishnamoorthy. " Les matrices sont proches de l'exploitation commerciale en tant que puces de capteur jetables pour une utilisation dans les capteurs SERS portables, en collaboration avec l'industrie."
