Исследователи из Индийского института научных и технологических исследований (IISER) в Пуне и Индийского технологического института в Бомбее разработали инновационный и экономически эффективный метод производства высококачественных металлических наночастиц. Об этом подробно рассказывается в исследовании, опубликованном в журнале Small Methods.
Новаторская техника
Эта передовая методика, известная как ограниченное осушение, может найти широкое применение в биомедицинской диагностике и химическом обнаружении благодаря созданию высокочувствительных и надёжных датчиков.
Исследование под руководством доктора Айеши Рахман (научный сотрудник Фонда квантовых технологий I-Hub, IISER Pune), профессора Анирбана Сейна (преподаватель кафедры физики, IIT Bombay) и доктора Атикура Рахмана (преподаватель кафедры физики, IISER Pune) представляет простой, но мощный подход к созданию однородных металлических наночастиц высокой плотности на различных поверхностях, включая плоские, изогнутые и микротекстурированные подложки.
Процесс создания наночастиц
Представьте себе сверхтонкий (примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса) слой металла, например, золотую плёнку, нанесённую на кусок стекла. При нагревании металл начинает собираться в крошечные капли, подобно тому как вода собирается на антипригарной сковороде. Это происходит потому, что металл стремится минимизировать свою поверхностную энергию.
Если мы сожмём металлическую плёнку между двумя поверхностями, как в сэндвиче, и нагреем её, она распадётся на крошечные однородные капли, плотно прижатые друг к другу. Этот процесс называется ограниченным осушением, и его можно использовать для создания высокочувствительных датчиков для биомедицинских и химических применений.
Преимущества метода
Зажимая тонкую металлическую плёнку между подложкой и слоем PDMS (гибкого материала на основе силикона) во время нагрева, исследователи добились точного контроля над размером и расстоянием между наночастицами, в результате чего были получены частицы с минимальными вариациями размера и зазорами всего в несколько нанометров.
Такой уровень точности имеет решающее значение для приложений, требующих стабильной и повышенной производительности, например, для обнаружения следов биологических или химических веществ.
Сравнение с традиционными методами
Традиционные методы производства наночастиц основаны на дорогостоящих и сложных процессах и часто не позволяют получать однородные наночастицы. В отличие от них, метод ограниченного осушения, впервые применённый на металлических плёнках в данной работе, универсален и может быть реализован в больших масштабах. В этом методе можно использовать такие металлы, как серебро, золото, медь и их сплавы. Кроме того, метод может быть применён к различным подложкам, от стеклянных слайдов до оптических волокон.
Оптические свойства наночастиц
Наночастицы, полученные с помощью этого метода, обладают исключительными оптическими свойствами, что делает их идеальными для передовых датчиков, основанных на локализованном поверхностном плазмонном резонансе (LSPR) и усиленном поверхностном рассеянии Рамана (SERS).
В тестах с использованием пробной молекулы исследователи продемонстрировали, что их наночастицы обнаруживают концентрации вплоть до одной пикомолярной (триллионной доли моля на литр), что значительно превосходит чувствительность традиционных методов.
Авторы исследования ожидают, что эта возможность позволит раньше выявлять заболевания через биомаркеры или идентифицировать мельчайшие следы химических веществ в окружающей среде или на производстве.
Доктор Атикур Рахман, один из главных исследователей, работающих над этой статьёй, сказал: «Исследование также предоставляет теоретическую основу, объясняющую, как эластичность и низкое поверхностное натяжение PDMS уменьшают размер частиц и повышают однородность, предлагая план для дальнейших достижений с использованием аналогичных материалов. Этот прорыв позиционирует ограниченное осушение как фактор, меняющий правила игры в нанотехнологиях».
Предоставлено Индийским институтом научных и технологических исследований в Пуне.