Он содержит миллионы наноантенн.
Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из России, Японии и Австралии разработали сенсор широкого спектра применения на основе сверхтонкой золотой пленки — на ее поверхности методом лазерной печати изготовили упорядоченный массив из миллионов параболических наноантенн. Сенсор улавливает мельчайшие следы молекул в жидкостях и газовых средах, разработку можно оптимизировать под различные задачи в биологических исследованиях, медицине и сфере безопасности. Статья об этом опубликована в Nanomaterials, передает пресс-служба ДВФУ.
Сенсор реагирует на сверхслабые изменения характеристик окружающей среды, происходящие в непосредственной близости от его поверхности, например, присутствие газов или органических молекул, изменение показателя преломления жидкости.
Применять высокочувствительный сенсор из золота можно для проведения биоанализов, мониторинга экологической обстановки, анализа качества продуктов питания и в различных системах безопасности.
«Несмотря на существенный прогресс, которого наука достигла в области высокоточных физико-химических сенсоров за последние несколько десятилетий, мы все еще нуждаемся в простой и эффективной технологии изготовления универсальных датчиков, — таких, которые в одном сенсорном элементе совмещали бы различные модальности, обеспечивающие возможность разных измерений, и были дешевы в изготовлении. Существующие литографические технологии изготовления таких датчиков требуют серьезных затрат времени и средств и поэтому не подходят для массового производства. Предложенная нами технология лазерной печати — проста, эффективна и дешевле существующих методов. С ее помощью можно легко получать сенсорные нанопленки с нужной структурой, оптимизированные под решение нескольких типов задач, с достаточной механической прочностью для работы в жидких средах», — рассказал научный сотрудник Центра НТИ по виртуальной и дополненной реальности ДВФУ Александр Кучмижак.
Сенсорную платформу на основе текстурированной золотой нанопленки изготовили методом прямой печати на фемтосекундной лазерной установке. Воздействие единичных фемтосекундных импульсов на такую сверхтонкую пленку из золота позволяет сформировать на ней миллионы полых наноструктур параболической формы, так называемых наноантенн. Упорядоченный массив таких наноструктур обладает выраженными резонансными свойствами. Падающее на них излучение видимого и инфракрасного диапазонов наноантенны эффективно преобразуют в особые поверхностные волны — плазмоны, которые и реагируют на изменения характеристик окружающей среды.
В работе приняли участие ученые из ДВФУ, Дальневосточного отделения Российской академии наук и МИФИ, а также Нагойского технологического университета (Япония), Университета Токай (Япония) и Технологического Университета Суинберна (Австралия).
Ранее ученые ДВФУ и Технологического университета Суинбурна в партнерстве с индийскими и японскими коллегами разработали оптический элемент на основе массива крестообразных кремниевых наноантенн. С его помощью можно преобразовать обычный гауссов пучок в сингулярный вихревой в среднем инфракрасном (ИК) и терагерцевом (Тгц) диапазонах частот. Это дает возможность проводить передовые лабораторные исследования структуры протеинов в инфракрасном спектре, а также новых киральных молекулярных соединений.
Работа выполнена при грантовой поддержке Российского научного фонда, грант No. 16-12-10165.