ПОДЛОЖКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ ГКР.
1, 1, 1,2
1Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН
2Саратовский государственный университет им.
E-mail: *****@***ru
Угроза терроризма, распространения опасных и токсичных химических и наркотических веществ, развитие ранней неинвазивной диагностики заболеваний человека, контроль качества сырья в различных отраслях народного хозяйства ставят задачу разработки устройств быстрого обнаружения сверхмалых количеств веществ. Для обнаружения и идентификации этих опасностей, идеальная технология должна обладать высокой чувствительностью и воспроизводимостью, практически не требовать подготовки образца и быть надежной, простой в использовании и портативной для реализации в «полевых условиях». Особый интерес представляют технологии, позволяющие обследовать служебные помещения и внутренние отсеки крупногабаритных передвижных объектов и обнаруживать следовые количества веществ на деталях автотранспорта, личных вещах и одежде.
Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света хорошо подходит для идентификации, характеристики, и количественной оценки неизвестных объектов. Преимуществами спектроскопии КР являются: отсутствие «помех» от воды, отсутствие пробоподготовки, наличие колебательного сигнала, являющегося характерным признаком того или иного аналита. Миниатюризация оборудования для спектроскопии КР сделала возможным его использование вне лаборатории. Тем не менее, развитие спектроскопии комбинационного рассеяния света, как аналитического метода обнаружения следовых количеств опасных материалов, стало невозможным из-за низкого значения сечения комбинационного рассеяния этих соединений.
Открытие поверхностно-усиленного (гигантского) комбинационного рассеяния (ГКР) в 1970-х годах и его применение в спектроскопии стало инструментом, свободным от ограничений обычного КР за счет значительного увеличения интенсивности сигнала. Часто можно наблюдать усиление ГКР на 6-8 порядков, а в идеальных условиях можно обнаружить даже одну молекулу. Научное сообщество объясняет явление ГКР взаимодействием электромагнитного поля лазерного излучения с плазмонными колебаниями электронов на металлических наноструктурированных поверхностях и хемосорбцией аналита на поверхности металла с обменом электронной плотности и образованием связей. Таким образом, ГКР представляется мощным инструментом для обнаружения следовых количеств химических и биологических проб для нужд повседневной жизни, экологии, обороны и национальной безопасности.
Интенсивные усилия ученых были направлены на то, чтобы сделать ГКР-спектроскопию конкурентоспособной техникой для рутинного анализа в лаборатории или в полевых условиях. Металлические коллоиды были первыми и самыми простыми субстратами ГКР благодаря простоте изготовления и большому усилению сигнала.
В данном проекте предлагается изготовление воспроизводимых и высокочувствительных ГКР-субстратов с использованием лабораторной фильтровальной бумаги в качестве подложки для нанесения золотых и золотосеребряных наночастиц. Нанесение реализуется двумя простыми способами: с помощью термоструйной печати либо пропитыванием. Новые сенсорные ГКР-платформы чрезвычайно дешевы, практичны и эффективны для сбора пробы путем вытирания загрязненной поверхности, либо поверхностей, которые были в контакте с опасными материалами. Сбор проб путем вытирания – эффективная стратегия, которая может быть легко реализована для проверки пассажиров в аэропортах на предмет обнаружения взрывчатых и наркотических веществ. Нами показано, что субстраты на основе золотых и золотосеребряных наночастиц демонстрируют высокую чувствительность и воспроизводимость в обнаружении следовых количеств веществ за счет усиления сигнала на 5-7 порядков.
Удобство пробоотбора непосредственно с реальной поверхности, простота изготовления подложки, использование в качестве носителя бумаги, отсутствие пробоподготовки, высокая селективность, возможность определения сверхмалых количеств вещества, а также легкость утилизации подложек ‒ совокупность этих преимуществ способна вывести ГКР-спектроскопию на металлизированных бумажных подложках из сугубо лабораторной техники в сферу применения в реальной жизни.
Библиографический список
1. Fierro-Mercado P. M., Hernández-Rivera S. P. Highly sensitive filter paper substrate for SERS trace explosives detection // Int. J. Spec. 2012. DOI:
http://dx. doi. org/10.1155/2012/716527
2. Yu W. W., White I. M. Inkjet-printed paper-based SERS dipsticks and swabs for trace chemical detection // Analyst. 2013. V. 138. P. .
3. Lee C. H., Tian L., Singamaneni S. Paper-based SERS swab for rapid trace detection on real-world surfaces // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2010. V. 2. P. .
4. Abbas A., Brimer A., Slocik J. M., Tian L., Naik R. R., Singamaneni S. Multifunctional analytical platform on a paper strip: separation, preconcentration, and subattomolar detection // Anal. Chem. 2013. V. 85. P. .
Сведения об авторах
