צורה חדשה של ארגון ננו-מבנים מולידה אותות ראמאן מוגברים פי מאות אלפים, זאת לטובת זיהוי ואפיון של מולקולות שונות
[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]
ככל שתחומי הרפואה והרוקחות מתמקדים יותר ויותר בתהליכים המתרחשים ברמה הננומטרית, כך הופכים הזיהוי והאפיון של מולקולות שונות למשימה חשובה. ספקטרוסקופיית ראמאן, המתבססת על הפיזור של אלומת לייזר לשם זיהוי מולקולות, מוגבלת ביכולתה לזהות מולקולות בדגימות מהולות בשל קבלת אותות חלשים מדי, אולם חוקרים בהודו הצליחו לשפר את הזיהוי המולקולארי בריכוזים נמוכים באמצעות ארגון של ננו-חלקיקי כסף על גבי ננו-חוטים של סיליקון.
ספקטרוסקופיית ראמאן מוגברת משטח (SERS) עושה שימוש בשדות אלקטרומגנטיים על מנת לשפר את פיזור הראמאן ולהגביר את רגישות השיטה תוך שימוש בצבענים רגילים כגון רודאמין 6G עד פי מיליארד. צוות המחקר שילב על גבי ננו-חוטים אנכיים של סיליקון ריכוזים משתנים של ננו-חלקיקי כסף לשם שיפור מבנהו התלת ממדי של המערך. התוצאות שלהם, שפורמו זה מכבר בכתב העת המדעי Journal of Applied Physics, מראות כי ההתקן החדשני מסוגל להגביר את אותות הראמאן של חומרים בסדר גודל של מאה אלף. "היופי בשיטה שלנו הוא בכך שאנו מסוגלים להגביר את הצפיפות של ננו-החוטים הללו באמצעות כימיה פשוטה", אמר החוקר הראשי.
"אם יש צפיפות גבוהה של ננו-חוטים, אתה יכול לשלב הרבה יותר ננו-חלקיקי כסף לתוך המצע ובכך להגביר את הרגישות של ההתקן". ועדיין, הטמעת הננו-מבנים הנדרשים לתוך התקני ספקטרוסקופיה מסוג SERS, נותרת אתגר. עיצוב מבנים אלו בשלושה ממדים עם ננו-חוטים של סיליקון הוליד תשומת לב מרובה בזכות שטח הפנים הגבוה שלהם ורמת הביצועים המועדפת שלהם, אולם, ננו-חוטים של סיליקון עדיין יקרים לייצור. במקום זאת, צוות המחקר הצליח למצוא דרך זולה יותר להכנת ננו-חוטים של סיליקון ולהשתמש בשיטת איכול מיוחדת על מנת לייצר מגוון נרחב של ננו-חוטים. את ננו-החוטים הללו החוקרים "עיטרו" בננו-חלקיקי כסף בעלי צפיפות משתנה ומבוקרת, מערך שהוביל להגדלת שטח הפנים של ננו-החוטים המשמשים לזיהוי.
"המיטוב של מבנים אנכיים אלו דרש מאמץ ניכר בהתחלה," מסביר החוקר. לאחר שהחוקרים שיפרו את המערכת שלהם כך שיכלה לזהות צבען מסוג רודאמין בריכוז ננו-מולרי, החוקרים הצליחו לקבל רגישות הגבוהה פי עשרת אלפים עד מאה אלף. המערכת הצליחה לזהות ציטוזין, חומצת גרעין המרכיבה את הדנ"א, וכן את החומר אמוניום על-כלורתי, מולקולה המסוגלת לרמז על נוכחות של חומרי נפץ, בריכוזים מזעריים מאוד של 50 ו-10 מיקרו-מולר, בהתאמה. התוצאות הללו עודדו את החוקרים להאמין כי תוך זמן קצר יהיה אפשר לזהות תרכובות בריכוזים נמוכים עוד יותר, ברמות של ננו-מולר או אפילו פיקו-מולר. העבודה של צוות החוקרים סוללת את הדרך למספר מגמות עתידיות במחקר, החל מניסויים עם ננו-חלקיקים שונים (למשל, זהב) ועד הגברת היעילות של ננו-החוטים או בדיקת ההתקנים הללו עם מולקולות שונות.
עוד בנושא באתר הידען: