maryam saliminasab

طراحی و آماده سازی نانو ساختارهای فلزی یکی از موضوعات تحقیقاتی مهم در علم مواد، شیمی، پزشکی و مهندسی به شمار می رود. در بین انواع مختلفی از نانو ساختارها، نانو ذرات کروی نقره به دلیل داشتن خواص اپتیکی منحصر به فرد و سازگاری با محیط زیست بسیار مورد توجه دانشمندان قرار گرفته اند.

خواص اپتیکی نانو ذرات کروی فلزی نقره بر اساس تقریب شبه استاتیک و روش تجربی کاهش شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است. هنگامی که نانو ذره نقره تحت تاثیر میدان الکترومغناطیسی لیزر قرار می گیرد، به صورت یک دو قطبی الکتریکی تابش می کند. با حل معادله لاپلاس کروی در سه بعد و اعمال شرایط مرزی مناسب در فصل مشترک ها می توان به معادلات میدان الکتریکی در هر ناحیه دست یافت. در تقریب شبه استاتیک از وابستگی فضایی میدان الکترومغناطیسی در محاسبات صرف نظر می شود در حالی که وابستگی زمانی میدان الکترومغناطیسی حفظ می شود. همچنین با استفاده از روش کاهش شیمیایی، نانو ذرات کلوئیدی نقره سنتز و تولید می شوند. برای تولید محلول کلوئیدی نانو ذرات نقره از نیترات نقره (AgNO3) به عنوان پیش ماده، از سیترات تری سدیم 1 درصد به عنوان عامل کاهنده و پایدارساز و از آب دو یونیزه به عنوان حلال استفاده شده است.

 نتایج محاسبات تئوری نشان می دهد که نانو ذره کروی نقره دارای یک قله تشدید پلاسمون در محدوده مرئی است. طیف جذبی نانو ذره نقره نسبت به تغییرات خیلی کوچک ضریب شکست محیط اطراف حساس است و با افزایش ضریب شکست محیط به سمت طول موج های بلندتر جابه جا می شود. نتایج تجربی سنتز نانو ذرات نقره نشان می دهد که طیف جذبی نانو ذرات نقره دارای یک قله جذب پلاسمون در ناحیه مرئی (λ=425nm) است. همچنین نتایج آنالیز FESEM کروی بودن و ابعاد نانومتری ذرات را تایید می کند.

 تشدید پلاسمون سطحی نانو ذره نقره در طول موج مرئی، امکان شناسایی مولکول های زیستی اطراف نانو ذره نقره را فراهم می کند. طیف جذبی نانو ذرات فلزی نقره نسبت به تغییرات ضریب شکست محیط اطراف حساس است و با اعمال کوچک ترین تغییری در ضریب شکست محیط اطراف، مدهای پلاسمون سطحی به سمت طول موج های بلندتر جابه جا می شوند که می توان از این ویژگی به عنوان نانو حسگر اپتیکی بر اساس جابه جایی طول موج تشدید استفاده کرد. نتایج آنالیزهای UV-visible و FESEM، قله تشدید پلاسمون نانو ذرات را در طیف مرئی و ابعاد نانومتری ذرات نقره نشان دادند که تاییدی بر نتایج تئوری است.

در مقایسه با نانوذرات فلزی توپر، نانوپوسته های فلزی مدهای پلاسمونی تنظیم پذیری را در ناحیه نزدیک مادون قرمز، جایی که جذب بافت زیستی کمترین است، نشان می دهند. برای به دست آوردن خواص پلاسمونیکی نانو پوسته کروی سه لایه، میدان الکتریکی موضعی تقویت شده که به صورت نسبت میدان الکتریکی موضعی در هر نقطه روی سطح نانو پوسته به میدان الکتریکی فرودی خارجی تعریف می شود، با استفاده از تقریب شبه استاتیک محاسبه شده است. با حل معادله لاپلاس کروی در سه بعد و اعمال شرایط مرزی، میدان الکتریکی در هر ناحیه (داخل هسته نقره، لایه دی الکتریک میانی، پوسته خارجی نقره) محاسبه شده است. قله های تشدید طیف پراکنده شده نانو پوسته نسبت به تغییرات خیلی کوچک در ضریب شکست محیط اطراف حساس است. بنابراین، می توان حساسیت نانو پوسته را، که به صورت شیب نمودار اختلاف بین قله های تشدید طیف پراکنده شده بر حسب ضریب شکست محیط اطراف (Δλ/Δn) تعریف می شود، محاسبه کرد. نتایج محاسبات نشان می دهد که نانو پوسته طراحی شده با داشتن قله های پلاسمون در ناحیه مرئی امکان شناسایی بیو مولکول های موجود در خون را فراهم می کند. ضریب شکست محلول هموگلوبین در ناحیه مرئی از 413/1 تا 438/1 است که با توجه به نتایج به دست آمده، چنین تغییراتی در ضریب شکست محیط اطراف یک زیست حسگر دارای ضخامت پوسته نقره کمتر (حداکثر تا 3 نانومتر) با حساسیت 371. 1 nm/RIU قابل شناسایی است. همچنین، در سیستم نانو پوسته با شعاع هسته کوچک یا دی الکتریک با ضخامت بیشتر، حساسیت بیشتر است. حساسیت نانو پوسته با شعاع هسته 23 نانومتر برابر با Δλ/Δn= 315. 7 nm/RIU است. طیف پلاسمونی نانو پوسته دارای دو قله تشدید پلاسمون در ناحیه مرئی است که شناسایی دو مولکول را امکان پذیر می سازد. نانو پوسته خواص پلاسمونیکی تنظیم پذیری را از خود نشان می دهد. در سیستمی با ضخامت پوسته نقره کمتر، دو قله تشدید طیف پراکنده شده نانو پوسته کاملا مشخص و حساسیت سیستم بیشتر است. علاوه بر پارامترهای هندسی، ضریب شکست محیط اطراف نیز طیف پلاسمونی نانوپوسته را تحت تاثیر قرار می دهد که از این ویژگی در حسگری به روش جابه جایی طول موج تشدید پلاسمون می توان استفاده کرد. به عنوان نمونه، کوچک ترین تغییر در غلظت خون و سطح اکسیژن در آن با حساسیت بالا قابل شناسایی است.

استفاده از روش اپتیکی اسپکتروسکوپی رامان تقویت شده سطحی در حضور نانو ذرات طلا، در آشکارسازی بیومولکول ها با حساسیت و سرعت بالا سال ها مورد توجه بوده است. در این مقاله از یک تشدیدگر میکروکره جفت شده به فیبر نوری با نانو ذرات طلا بر اساس اسپکتروسکوپی رامان تقویت شده سطحی به عنوان حسگری فوق حساس برای آشکارسازی آنزیم سکته قلبی تروپونین I استفاده شده است.
نور با استفاده از لیزر قابل تنظیم دیود (Diod) با توان پمپ mW 1 از طریق فیبر نوری وارد تشدیدگر شده و پلاسمون های سطحی روی سطح نانو ذرات طلا را برانگیخته می کند. با تشدید پلاسمون های سطحی در طول موج nm 6/545= λ، میدان پمپ تقویت شده و سیگنال رامان خروجی لیزر افزایش می یابد.
نتایج نشان می دهند که میدان الکترومغناطیسی اطراف نانو ذرات طلا تا مرتبه 1012 تقویت شده است. با توجه به این میدان فوق العاده قوی، سیگنال رامان تقویت می شود. تغییرات خطی توان سیگنال رامان خروجی بر حسب تعداد مولکول های تروپونین، نشانگر وجود تروپونین I در اطراف تشدیدگر است.