ננו-חלקיקים וננו-מבנים מהירים במיוחד בלייזר עבור יישומי חישה מבוססי פיזור ראמאן משופרים בפני השטח

Summary

אבלציה מהירה במיוחד בלייזר בנוזל היא טכניקה מדויקת ורב-תכליתית לסינתזה של ננו-חומרים (ננו-חלקיקים [NPs] וננו-מבנים [NSs]) בסביבות נוזל/אוויר. ננו-חומרים בלייזר יכולים להיות פונקציונליים עם מולקולות פעילות ראמאן כדי לשפר את אות הרמאן של אנליטים הממוקמים על או ליד NSs/NPs.

Abstract

הטכניקה של אבלציה בלייזר אולטרה-מהירה בנוזלים התפתחה והבשילה בעשור האחרון, עם מספר יישומים צפויים בתחומים שונים כגון חישה, קטליזה ורפואה. התכונה יוצאת הדופן של טכניקה זו היא היווצרות של ננו-חלקיקים (קולואידים) וננו-מבנים (מוצקים) בניסוי יחיד עם פולסי לייזר קצרים במיוחד. אנו עובדים על טכניקה זו בשנים האחרונות, וחוקרים את הפוטנציאל שלה באמצעות טכניקת פיזור ראמאן משופרת פני השטח (SERS) ביישומי חישה של חומרים מסוכנים. מצעי לייזר מהירים במיוחד (מוצקים וקולואידים) יכולים לזהות מספר מולקולות אנליטיות ברמות הקורט/צורת התערובת, כולל צבעים, חומרי נפץ, חומרי הדברה וביומולקולות. כאן, אנו מציגים חלק מהתוצאות שהושגו באמצעות המטרות של Ag, Au, Ag-Au ו- Si. ביצענו אופטימיזציה של ננו-מבנים (NSs) וננו-חלקיקים (NPs) המתקבלים (בנוזלים ובאוויר) באמצעות משכי פולס שונים, אורכי גל, אנרגיות, צורות פולסים וגיאומטריות כתיבה. לפיכך, NSs ו- NPs שונים נבדקו על יעילותם בחישה של מולקולות אנליטיות רבות באמצעות ספקטרומטר ראמאן פשוט ונייד. מתודולוגיה זו, לאחר המיטוב, סוללת את הדרך ליישומי חישה בשטח. אנו דנים בפרוטוקולים ב-(א) סינתזה של NPs/NSs באמצעות אבלציה בלייזר, (ב) אפיון של NPs/NSs, ו-(ג) השימוש בהם במחקרי חישה מבוססי SERS.

Introduction

אבלציה בלייזר אולטרה-מהירה היא תחום מתפתח במהירות של אינטראקציות לייזר-חומר. פולסי לייזר בעוצמה גבוהה עם משכי פולס בטווח הפמטו-שנייה (fs) עד פיקו-שנייה (ps) משמשים ליצירת אבלציה מדויקת של חומר. בהשוואה לפעימות לייזר ננו-שניות (ns), פולסי לייזר PS יכולים לעבד חומרים בדיוק ודיוק גבוהים יותר בשל משך הפולס הקצר שלהם. הם יכולים ליצור פחות נזק אגבי, פסולת וזיהום של החומר ablated עקב פחות השפעות תרמיות. עם זאת, לייזרי ps הם בדרך כלל יקרים יותר מלייזרים ns וזקוקים למומחיות מיוחדת לתפעול ותחזוקה. פעימות הלייזר האולטרה-מהירות מאפשרות שליטה מדויקת על שקיעת האנרגיה, מה שמוביל לנזק תרמי מקומי וממוזער מאוד לחומר שמסביב. בנוסף, אבלציה מהירה במיוחד בלייזר יכולה להוביל ליצירת ננו-חומר....

Protocol

תרשים זרימה טיפוסי של פרוטוקול של היישום של NPs או NSs מהירים במיוחד בזיהוי עקבות של מולקולות באמצעות SERS מוצג באיור 1A.

1. סינתזה של NPs / NSs מתכתיים

הערה: בהתאם לדרישה/יישום, בחר את חומר היעד, את הנוזל שמסביב ואת פרמטרי האבלציה בלייזר.
ה?.......

Discussion

בניקוי אולטרסוניקציה, החומר שיש לנקות שקוע בנוזל וגלי קול בתדר גבוה מוחלים על הנוזל באמצעות שואב קולי. גלי הקול גורמים להיווצרות וקריסה של בועות זעירות בנוזל, ומייצרים אנרגיה ולחץ מקומיים עזים הפולטים ומסירים לכלוך ומזהמים אחרים מפני השטח של החומר. באבלציה בלייזר, נעשה שימוש בשילוב של מק?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alloys	Local goldsmith	N/A	99% pure
Axicon	Thorlabs	N/A	100, IR range, AR coated, AX1210-B
Ethanol	Supelco, India	CAS No. 64-17-5
Femtosecond laser	femtosecond  (fs)  laser amplifier  Libra HE, Coherent	N/A	Pulse duraction 50 fs; wavelenngth 800 nm; Rep rate 1 KHz; Pulse Energy: 4 mJ
FESEM	Carl ZEISS, Ultra 55	N/A
Gatan DM3	www.gatan.com	Gatan Microscopy Suite 3.x
Gold target	Sigma-Aldrich, India		99% pure
HAuCl4.3H2O	Sigma-Aldrich, India	CAS No. 16961-25-4
High resolution translational stages	Newport SPECTRA PHYSICS GMBI	N/A	M-443 High-Performance Low-Profile Ball Bearing Linear Stage; The stage is only 1 inch high, and has 2 inches of travel.
Micro Raman	Horiba LabRAM	N/A	Grating-1,800 and 600 grooves/mm; Wavelength of excitation-785 nm,632 nm, 532 nm, 325 nm; Objectives 10x, 20x, 50 x, 100x; CCD detector
Mirrors	Edmund Optics	N/A	Suitable mirrors for specific wavelength of laser
Motion controller	NEWPORT SPECTRA PIYSICS GMBI	N/A	ESP300 Controller-3 axes control
Origin	www.originlab.com	Origin 2018
Picosecond laser	EKSPLA 2251	N/A	Pulse duraction 30ps; wavelenngth 1064 nm, 532 nm, 355 nm; Rep rate 10 Hz; Pulse Energy: 1.5 to 30 mJ
Planoconvex lens		N/A	focal length 10 cm
Raman portable	i-Raman plus,  B&W Tek, USA	N/A	785 nm, ~ 100 µm laser spot  fiber optic probe excitation and collection
Silicon wafer	Macwin India Ltd.		1–10 Ω-cm, p (100)-type
Silver salt (AgNO3)	Finar, India	CAS No. 7783-90-6
Silver target	Sigma-Aldrich, India	CAS NO 7440-22-4	99% pure
TEM	Tecnai TEM	N/A
TEM grids	Sigma-Aldrich, India	TEM-CF200CU	Copper Grid Carbon Coated  200 mesh
Thiram	Sigma-Aldrich, India	CAS No. 137-26-8
UV	Jasco V-670	N/A
XRD	Bruker D8 advance	N/A