Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 29 czerwca 2011
Złote mikrokwiaty wzmocnią sygnały cząsteczek
Aby silnie wzmocnić fale elektromagnetyczne emitowane przez pojedyncze
cząsteczki chemiczne, naukowcy muszą osadzać badane obiekty na odpowiednich
podłożach. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie odkryto prostą i tanią
metodę wytwarzania podłoży przeznaczonych dla spektroskopii SERS. Kluczową
rolę w ich powstawaniu odgrywają sferyczne agregaty złota – kule rozmiaru
mikrometrów, wyglądem przypominające kwiaty.
Wzmacniana powierzchniowo spektroskopia ramanowska (Surface Enhanced Raman
Spectroscopy, SERS) jest obiecującą techniką badawczą. Dzięki niej sygnały emitowane przez
cząsteczki chemiczne mogą zostać wzmocnione setki tysięcy, a nawet miliony razy. „Jednak nie
ma róży bez kolców”, mówi dr hab. Marcin Fiałkowski, prof. nadz. Instytutu Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN). „Aby wzmocnienie było tak duże, cząsteczki należy umieścić
na odpowiednio ukształtowanym podłożu. Pod mikroskopem elektronowym zazwyczaj przypomina
ono spiczaste góry, na przykład takie jak Alpy, z tą różnicą, że tu wysokość wierzchołków mierzy
się w nanometrach, a góry pokrywa nie śnieg, lecz warstwa złota”.
Na rynku nie ma obecnie tanich, dobrych i łatwych w eksploatacji podłoży do analizy sersowskiej,
co jest jednym z czynników hamujących komercjalizację metody. Obiecującym rozwiązaniem
problemu wydają się podłoża opracowane ostatnio w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w związku z
realizacją grantu „Kwantowe nanostruktury”. Powstają one poprzez osadzanie na powierzchni
płytki wytrącających się z roztworu, sferycznych i silnie postrzępionych złotych struktur. Oglądane
pod mikroskopem elektronowym, te mikronowych rozmiarów kule przypominają pąki kwiatowe
zbudowane z wielu płatków złota.
Największe wzmocnienie sygnału SERS występuje, gdy cząsteczka osiądzie na styku dwóch
„szczytów” podłoża. Efekt ten trudno uzyskać na dotychczasowych, przypominających góry
powierzchniach, ponieważ poszczególne wierzchołki są na nich wyraźnie rozdzielone. Inaczej jest
w przypadku podłoży ze złotych kwiatów. „Gdy postrzępione mikrokwiaty osadzają się na
powierzchni, tworzą grube, złożone struktury przestrzenne z dużą liczbą miejsc styku między
płatkami. To dlatego sygnały emitowane z naszych podłoży są wzmacniane nawet dziesięć
milionów razy”, podkreśla doktorantka Katarzyna Winkler (IChF PAN).
Nie mniej istotna od wzmocnienia jest powtarzalność sygnałów otrzymywanych z konkretnego
podłoża. Warstwy ze złotych kwiatów sprawdzają się pod tym względem znakomicie. Sygnały
pochodzące od cząsteczek tego samego typu, znajdujących się w różnych miejscach tego samego
podłoża, są do siebie bardzo podobne, co nie zawsze ma miejsce w przypadku powierzchni
otrzymywanych innymi metodami. Wysoką powtarzalność sygnałów zaobserwowano także dla
podłoży wykonanych na różnych płytkach, z użyciem osobno przygotowanych roztworów.
Produkcja podłoży ze złotych mikrokwiatów jest szybka, prosta i tania, nie wymaga stosowania
robotów ani pomieszczeń o wysokiej czystości. „W mieszaninie reakcyjnej mamy tylko sól złota i
reduktor w odpowiedniej proporcji. Jego zadaniem jest zredukowanie kationów złota do złota
metalicznego”, mówi Winkler. Do tak przygotowanego roztworu wystarczy włożyć schropowaconą
płytkę. Proces osadzania złotych kwiatów zazwyczaj kończy się w ciągu godziny, a samo podłoże
jest gotowe do użycia już następnego dnia.
Metoda pokrywania powierzchni złotymi mikrokwiatami z przeznaczeniem dla spektroskopii SERS
została zgłoszona do opatentowania. Obecnie naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN dążą
do tego, aby pokryte mikrokwiatami podłoża mogły być wykorzystywane wielokrotnie do pomiarów
z użyciem różnych substancji. W tym celu są opracowywane metody zmywania analitów
nienaruszające struktury podłoża.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
dr hab. Marcin Fiałkowski, prof. nzw.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3432233
email: [email protected]
mgr inż. Katarzyna Winkler
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433408
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF110629b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110629b_fot01.jpg
Doktorantka Katarzyna Winkler z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk przegląda zdjęcia z mikroskopu elektronowego
przedstawiające podłoża wykonane ze złotych mikrokwiatów. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)
IChF110629b_fot02s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110629b_fot02.jpg
Zdjęcia podłoży z mikrokwiatów złota wykonane za pomocą mikroskopu elektronowego. Powiększenia od góry: 1000x, 5000x, 10000x,
30000x. (Źródło: IChF PAN)
Zdjęcia źródłowe do fotografii IChF110621b_fot02.jpg:
http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110629b_fot02a.jpg
http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110629b_fot02b.jpg
http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110629b_fot02c.jpg
http://ichf.edu.pl/press/2011/06/IChF110629b_fot02d.jpg