Razvoj senzora i dijagnostika kreću se u smjeru smanjenja dimenzija i sitnih prenosivih uređaja velikih mogućnosti, za kakve su prije bili potrebni cijeli laboratoriji. Takvi uređaju moraju biti dugotrajno stabilni i imati visoku osjetljivost kako bi, usprkos malim dimenzijama, imali zadovoljavajuću kvalitetu detekcije.
Znanstvenici iz Zagreba (s Instituta Ruđer Bošković u suradnji s kolegama s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu) i Barcelone (s Katalonskog Instituta za nanoznanosti i nanotehnologije) izradili su elemente senzora koji ispunjavaju spomenute uvjete te su uzorci koje su proizveli ključni za metodu koja omogućuje detekciju i prepoznavanje molekula prema načinu na koji raspršuju svjetlo odnosno površinski pojačanu Ramanovu spektroskopiju.
Nanostrukture koje su razvili mogle bi se primijeniti u dijagnostičkim uređajima nove generacije. Kako bi proizveli nanostrukture koje ujedinjuju djelotvornost poput srebra i stabilnost poput zlata, kombinirali su oba metala u raznim omjerima, uz istovremeno prilagođavanje oblika metalnih otočića. Legirani otočići s oštrim rubovima i ravnim plohama, nalik na poliedre, pokazali su se veoma stabilnima, mjesecima zadržavajući svojstva i performanse pri detekciji molekula. Štoviše, takve su nanostrukture omogućile višestruko bolju detekciju čak i od čistih srebrnih, za koje se očekivalo da će biti najdjelotvornije.
Kako je objasnio Matej Bubaš, doktorand u Laboratoriju za optiku i optičke tanke slojeve na IRB-u, te prvi autor na radu, visoku osjetljivost pri detekciji molekula omogućuje nanometarski tanak sloj koji čine srebrno-zlatni otočići naneseni na staklenu pločice: Srebro i zlato najčešće su korišteni metali u toj metodi te oba imaju neke prednosti i mane. Srebrne nanostrukture najbolje su za detekciju, ali degradiraju na zraku, zbog čega brzo gube svoja svojstva. Zlatne nanostrukture su stabilnije, ali to sa sobom nosi osjetno manju djelotvornost'.
Metalni otočići koje smo pripravili posjeduju posebna, plazmonička svojstva, koja im omogućuju da zakreću elektromagnetsko polje i time usmjeravaju svjetlo u jednu točku. Prilagodbom sastava, oblika i međusobne udaljenosti nanometarskih otočića, postigli smo stvaranje takozvanih “vrućih točaka” u kojima se intenzitet svjetla pojačava više tisuća puta. Upravo zbog visokog intenziteta svjetla, molekule na površini uzorka koje se nađu u “vrućim točkama” snažno će raspršiti svjetlo. Sve molekule koje imaju različitu strukturu drugačije raspršuju svjetlo, baš kao što svaka osoba ima drugačiji otisak prsta. Stoga je analizom signala, odnosno raspršenog svjetla, moguće odrediti o kojoj se točno molekuli radi, pojašnjava Bubaš.
Poseban potencijal takvi metalni otočići pokazuju u medicini, primjerice za analizu bioloških uzoraka. Biomolekule u tkivu mogu biti veoma osjetljive pa ih laser, koji se tipično koristi kao izvor svjetlosti u metodi Ramanovog raspršenja, može uništiti ili oštetiti. No, zbog sposobnosti otočića da pojačaju raspršenje svjetla, već je i veoma niska snaga lasera dovoljna za detekciju željenih molekula. Uz to, pokazalo se da je djelotvornost otočića visoka i pri korištenju svjetla u infracrvenom području, koje se još naziva i “biološki prozor” zbog toga što to svjetlo u tkivo prodire puno dublje nego vidljivo svjetlo.
Kako bi razjasnili svojstva dobivenih nanostruktura, znanstvenici su u svom istraživanju upotrijebili i razne računalne metode, a dobivene spoznaje upućuju na dizajn još boljih senzora u budućnosti. Znanstvena je zajednica prepoznala vrijednost navedenih rezultata, zbog čega je rad u kojem je opisano ovo istraživanje nedavno objavljen u uglednom znanstvenom časopisu Sensors and Actuators B: Chemical.
