Beperkte ontwrichten levert uniforme metalen nanodeeltjes voor geavanceerde diagnostiek en detectie op

Onderzoekers van het Indian Institute of Science Education and Research (iiser) Pune en het Indian Institute of Technology-Bombay hebben een innovatieve, kosteneffectieve methode ontwikkeld om metalen nanodeeltjes van hoge kwaliteit te produceren, zoals gedetailleerd in een onderzoek gepubliceerd in het dagboek Kleine methoden.

Deze baanbrekende techniek, bekend als beperkte ontwaling, zou brede toepassingen kunnen hebben in biomedische diagnostiek en chemische detectie door zeer gevoelige en betrouwbare sensoren mogelijk te maken.

De studie, geleid door Dr. Ayesha Rahman (onderzoekswetenschapper bij I-Hub Quantum Technology Foundation georganiseerd door Iiser Pune), prof. Anirban Sain (faculteitslid bij het Department of Physics, IIT Bombay), en Dr. Atikur Rahman (faculteitslid bij de Department of Physics, Iiser Pune), introduceert een eenvoudige benadering van een eenvoudige, high-Density metal nanopartices, inclusief platte, high-dsopartices, in het algemeen Gebogen en microtextureerde substraten.

Stel je een superdunne (ongeveer 10.000 keer dunner dan een menselijk haar) laag metaal, zoals een goudfilm verspreid op een stuk glas. Wanneer je het verwarmt, begint het metaal zich in kleine druppeltjes te bundelen, vergelijkbaar met hoe water op een niet-plakkerige pan rijdt.

Dit gebeurt omdat het metaal probeert zijn oppervlakte -energie te minimaliseren. Als we nu de metalen film tussen twee oppervlakken persen, zoals het maken van een sandwich, en warmte aanbrengen, breekt het uit in kleine, uniforme druppeltjes die nauw samenvoegen. Dit proces wordt beperkt ontwrichten genoemd en het kan worden gebruikt om zeer gevoelige sensoren te maken voor biomedische en chemische toepassingen.

Door een dunne metalen film tussen een substraat en een laag PDM’s (een flexibel, siliconengebaseerd materiaal) te sandwichen tijdens het verwarmen, bereikten de onderzoekers precieze controle over de grootte en afstand van nanodeeltjes, resulterend in deeltjes met minimale grootte variatie en gaten zo klein als enkele nanometers.

Dit precisieniveau is van cruciaal belang voor toepassingen die consistente en verbeterde prestaties vereisen, zoals het detecteren van sporen van biologische of chemische stoffen.

Traditionele methoden voor productie van nanodeeltjes zijn gebaseerd op dure en complexe processen en produceren vaak geen uniforme nanodeeltjes.

De techniek ‘Ingeplaatste dewetten’, toegepast op metalfilms, is daarentegen voor het eerst in het huidige artikel veelzijdig en kan op grote schaal worden geïmplementeerd. Metalen zoals zilver, goud, koper en hun legeringen kunnen in deze techniek worden gebruikt. Bovendien kan de techniek worden toegepast op verschillende substraten, van glazen dia’s tot optische vezels.

De PDMS -laag vormt de nanodeeltjes en beschermt ze tegen oxidatie. Dit resulteert in pure en stabiele nanodeeltjes. Deze eigenschappen zijn erg belangrijk bij het gebruik van de detectietechnologie in de praktijk.

De nanodeeltjes geproduceerd met behulp van deze methode vertonen uitzonderlijke optische eigenschappen, waardoor ze ideaal zijn voor geavanceerde sensoren op basis van gelokaliseerde oppervlakte-plasmonresonantie (LSPR) en oppervlakte-versterkte Raman-verstrooiing (SERS).

In tests met behulp van een sondemolecuul hebben de onderzoekers aangetoond dat hun nanodeeltjes concentraties zo laag als één picomolaire (een biljoenste van een mol per liter) hebben gedetecteerd, waardoor de gevoeligheid van conventionele methoden veel overtrof. De auteurs van deze studie verwachten dat dit vermogen eerdere detectie van ziekten via biomarkers mogelijk zou kunnen maken of minuscule sporen van chemicaliën in milieu- of industriële omgevingen zou kunnen identificeren.

Sprekend over de mogelijke toepassingen van deze nieuwe methode, een van de belangrijkste onderzoekers op het papier, zei Dr. Atikur Rahman: “De studie biedt ook een theoretisch kader dat uitlegt hoe de elasticiteit en lage oppervlaktespanning van PDM’s deeltjesgrootte verminderen en uniformiteit bieden, een blauwprint bieden voor verdere ontwikkelingen die vergelijkbare materialen gebruiken.

“Met toepassingen variërend van medische diagnostiek tot chemische analyse en daarna, beperkten deze doorbraakposities de wetting als een game-wisselaar in nanotechnologie.”