Știința se dezvoltă constant și elaborează noi soluții care contribuie la progresul tehnologic. Experții atrag atenția asupra faptului că totul funcționează bine nu în laboratoare, ci în natură .
Cuprins
În acest caz, așa cum se explică într-un studiu publicat în revista AIP Advances, insecta , care rămâne neobservată, poate servi drept model real pentru senzorii optici de nouă generație.
Acest insect inspiră crearea unei noi generații de senzori.
Insectul care inspiră știința este cicăda imperator ( Megapomponia imperatoria ). Aripile sale arată ca o țesătură transparentă, aproape subțire. La microscop, această suprafață se schimbă complet: apare un model ordonat de nanopiloni — coloane minuscule la scară nanometrică, dispuse regulat, ca și cum cineva ar fi desenat o rețea perfectă.
Reproducerea unei astfel de structuri cu ajutorul tehnologiilor industriale este posibilă, dar de obicei este costisitoare și durează mult timp, de aceea această descoperire este atât de interesantă. Echipa condusă de Chun-Hong Hong, împreună cu cercetătorii de la Universitatea Medicală Chineză și Universitatea Națională din Taiwan, s-a concentrat pe aceste aripi, deoarece aveau deja „la îndemână” cea mai dificilă parte: geometria.
Obiectivul era de a transforma această suprafață naturală într-un substrat pentru SERS , care se traduce prin împrejurimi de ramană amplificată. Această metodă permite detectarea celor mai mici cantități de molecule, observând reacția luminii la interacțiunea cu acestea.
Pentru SERS sunt necesare suprafețe metalice cu orificii minuscule, care concentrează câmpul electromagnetic în puncte foarte precise. Cicala are aici un avantaj direct, deoarece un astfel de model există deja. Cercetătorii au curățat aripile, le-au tăiat și le-au fixat pe suporturi pentru a le folosi ca bază de lucru .
Cum au transformat acest insect în instrument științific.
Pasul decisiv a fost acoperirea acestei structuri cu argint — metal care funcționează foarte bine în domeniul vizibil și este utilizat pe scară largă în senzorii de acest tip. Grupul a aplicat straturi extrem de subțiri, utilizând două metode diferite. Depunerea prin pulverizare a permis acoperirea mai uniformă a nanopililor cu argint, transformându-i în structuri cilindrice. Pe de altă parte, evaporarea cu fascicul de electroni a permis obținerea unor forme mai conice.
Această diferență modifică distanța dintre piloni, iar în SERS acest spațiu este de o importanță crucială.
Cercetătorii au testat straturi de argint cu grosimi cuprinse între 20 și 50 de nanometri și au căutat punctul în care performanța crește brusc. L-au descoperit la o grosime de 45 de nanometri, aplicată prin pulverizare magnetronică; distanța dintre coloane s-a redus la aproximativ 5 nanometri.
Această distanță extrem de mică creează așa-numitele „puncte fierbinți” — zone în care câmpul electromagnetic se concentrează ca niște antene minuscule . Acolo semnalul Raman este amplificat, ceea ce permite detectarea urmelor care anterior erau ascunse.
În timpul măsurătorilor experimentale, substratul cu nano-coloane cilindrice acoperite a prezentat un semnal mult mai intens decât aripa nemodificată; în plus, modelarea a confirmat că o astfel de geometrie concentrează mai bine punctele fierbinți decât varianta conică.
În studiu s-a utilizat un laser cu lungimea de undă de 633 nm și rhodamine 6G ca moleculă de referință pentru evaluarea îmbunătățirii. Dacă natura oferă deja o nanostructură bine organizată, munca în laborator se limitează la adaptarea acesteia, nu la crearea ei de la zero .
În medicină, astfel de senzori ar putea ajuta la detectarea biomarkerilor în concentrații foarte scăzute și ar putea contribui la diagnosticarea precoce. În monitorizarea mediului, aceștia ar putea fi utilizați pentru detectarea mai rapidă a poluanților din apă sau aer. De asemenea, ar putea fi utilizați în procesele industriale, unde este necesară controlarea compușilor la niveluri practic imperceptibile.
Problema cu materialele biologice este că nu există două aripi identice . Dimensiunea variază, distribuția exactă se schimbă, la fel și omogenitatea. Chiar și ținând cont de această limitare, această abordare deschide o cale foarte practică către producerea de senzori mai accesibili.
