Materials Today mostra na súa portada unha imaxe dun substrato SERS formado por deposición de nanopartículas de ouro coloidal sobre silicio. Os investigadores do CiQUS describen a forma de mellorar estes substratos por medio de patróns regulares fabricados con fotopolímeros como materiais de soporte, en lugar de silicio, e Ao como metal activo en vez dos convencionais Au ou Ag.
A revista Materials Today levou á súa portada un traballo realizado por un equipo de investigadores do CiQUS, que conseguiu desenvolver un novo método para mellorar os problemas cos que conta na actualidade unha potente técnica de análise químico ultra-sensible coñecida como Espectroscopia Raman Amplificada por Superficie (SERS, polas súas siglas en inglés). Os resultados desta investigación permitirán reducir significativamente os custos de produción, así como corrixir o problema de reproductibilidade de resultados que ata agora se asociaba a esta técnica.
Por outra banda, os resultados experimentais cos novos substratos de aluminio demostraron que o funcionamento destes non só é comparable, senón en moitas ocasións superior, ao obtido por medio dos caros substratos comerciais dispoñibles actualmente no mercado. Ao contrario que os fabricados en metais nobres (ouro, prata.... etc), este novo tipo de substratos son baratos e doados de usar, xa que ao estar feitos con polímeros e aluminio favorecen que o sistema poida empregarse de forma cotiá en calquera laboratorio.
O SERS é unha técnica de análise moi precisa, que pode chegar mesmo a detectar e identificar moléculas individuais, e axuda a esclarecer a estrutura de moléculas descoñecidas. Unha parte fundamental nesta técnica é o substrato, a pequena superficie sobre a cal se realiza o experimento, xa que cando ten na súa superficie partículas de diversos tamaños e formas, ou simplemente desordenadas, pode haber problemas de reproductibilidade (é dicir, de repetir os resultados da análise). Para superar estas dificultades, os investigadores do CiQUS propuxeron utilizar un substrato que presenta un patrón completamente regular na superficie, fabricado, ademais, sen usar silicio nin disolventes, sen producir residuos e cun baixo consumo enerxético, xa que non necesita calor ou presión.
Para logralo, os investigadores depositaron un polímero coñecido como «teflón líquido» sobre un substrato coa superficie- patrón que se quería copiar; grazas á súa baixa viscosidade, o polímero adaptouse perfectamente a tódalas formas presentes na superficie, cunha resolución de ata 10 nanómetros Finalmente, tras aplicar unha luz ultravioleta durante uns segundos a substancia polimerizou, dando lugar a unha lámina endurecida lista para ser retirada; e que serve, á súa vez, de «molde» para de «molde» para depositar de modo moi barato e rápido unha fina capa de aluminio, que reproduce perfectamente a superficie do orixinal mediante técnicas estándar de Deposición Física de Vapor ou PVD.
O traballo, que foi desenvolvido integramente no CiQUS polo estudante de doutoramento Manuel Gómez baixo a dirección do profesor Massimo Lazzari e a colaboración do CACTUS (onde se obtiveron as microfotografías e os espectros), demostrou por primeira vez que non só é posible utilizar aluminio para fabricar substratos SERS, senón que este metal mellora os resultados ao realizar as análises químicas. Os novos substratos, fabricados con polímeros e aluminio, facilitarán o acceso desta técnica a un maior número de laboratorios en todo o mundo.
Nota técnica
A espectroscopia Raman proporciona normalmente espectros de moi baixa intensidade, dado que poucos fotóns incidentes chegan a excitar moléculas da substancia a analizar. A técnica SERS amplifica o sinal Raman en varias ordes de magnitude. A amplificación de sinal en SERS débese principalmente á interacción do campo electromagnético da luz cos metais, o que produce inmensas concentracións locais de campo da radiación laser empregada, por medio de excitacións coñecidas como resonancias de plasmón ou plasmóns. Para tirar proveito destes incrementos locais de campo, as moléculas a detectar deben estar unidas, absorbidas ou en calquera caso, moi próximas á superficie do metal (como moito a uns 10 nanómetros, normalmente).
Neste traballo os investigadores propoñen utilizar un patrón completamente regular, unha estrutura fotónica 2.5 D. Este tipo de estruturas fabrícanse normalmente en silicio empregando procesos de fabricación caros e contaminantes, pero no proceso de fabricación proposto aquí, pásase dun sistema de fabricación top-down a un bottom-up, onde un fotopolímero (un derivado dun perfluoropoliéter) se emprega para fabricar os patróns regulares micro e nano por litografía de impresión con luz UV (UV-NIL), unha técnica respectuosa co medio xa que non produce residuos e o consumo enerxético é moi baixo. A técnica é moi rápida e en só uns segundos podemos obter os substratos estruturados por entrecruzamento das cadeas de polímero, sendo ademais capaz de reproducir estruturas por debaixo dos 10 nanómetros
A selección do aluminio como metal activo é outra novidade deste traballo, xa que este metal foi tradicionalmente descartado para SERS debido á súa rápida oxidación e pouco apropiada lonxitude de onda de plasmón. A evidencia experimental e os cálculos teóricos mostran que o que se consideraba un problema é máis ben unha vantaxe, xa que a capa de pasivación de Al2O3 é tan fina que aínda permite a propagación do plasmón e é tan dura e impermeable que o proceso de oxidación se detén tan pronto como se forma a capa de óxido. Este fenómeno de pasivación explicaría a estabilidade temporal e fronte ao medio destes substratos.
Para más información ver la oferta técnica "SOFT LITHOGRAPHY. Replication of Micro- and Nanostructured Surfaces by Imprint Lithography"