Los científicos de EPFL muestran cómo una fuerza inducida por la luz puede amplificar la sensibilidad y la resolución de una técnica utilizada para estudiar moléculas individuales.
Cuando se trata de estudiar moléculas individuales, los científicos usan una técnica poderosa llamada "dispersión Raman de superficie mejorada" SERS. Una herramienta extremadamente sensible, SERS detecta las vibraciones dentro de los átomos de la molécula iluminada como un cambio en el color de la luz.Pero la sensibilidad de SERS es limitada a temperatura ambiente porque las moléculas vibran muy débilmente. Nanotecnología de la naturaleza , los científicos de EPFL ahora muestran que este obstáculo puede superarse con las herramientas de la optomecánica de la cavidad: la interacción entre objetos ligeros y mecánicos. El trabajo tiene aplicaciones prácticas significativas, ya que puede impulsar aún más las capacidades de SERS.
espectroscopía Raman y vibraciones débiles
SERS se basa en los principios de la espectroscopía Raman, una técnica antigua utilizada para sondear moléculas: cuando la luz láser brilla sobre ellas, interactúa con sus vibraciones por ejemplo, el estiramiento de un enlace entre dos átomos. Como resultado, la longitud de ondade los cambios de luz, cambiando su color. Este cambio se convierte en la huella digital única del tipo de molécula que se sondea.
Sin embargo, la espectroscopía Raman es limitada cuando se trata de moléculas individuales porque interactúan muy débilmente con la luz. Esto ocurre principalmente por dos razones: Primero, una sola molécula es aproximadamente mil veces más pequeña que la longitud de onda de la luz entrante. Desarrollada alrededor de cuarentaHace años, SERS superó este problema explotando una pequeña nube de electrones oscilantes en nanopartículas metálicas que se excitaban con luz láser. La nube se conoce como "plasmón" y se puede localizar en huecos de tamaño nanométrico donde se pueden colocar moléculas.
En otras palabras, las nanopartículas metálicas actúan como nano-antenas que enfocan la luz hacia las dimensiones moleculares; este enfoque mejoró la sensibilidad del SERS en más de 10 órdenes de magnitud. Sin embargo, la segunda limitación de Raman ha persistido sin solución: las moléculasvibrar muy débilmente a temperatura ambiente o, en términos técnicos, "los modos vibratorios relevantes están congelados"
Amplificación de vibraciones moleculares con luz
Dos miembros del laboratorio de Tobias J. Kippenberg en EPFL ahora han encontrado una solución teórica a este problema, mostrando que SERS puede ser empujado aún más en sensibilidad y resolución. La clave para superar las vibraciones débiles es la nube de electrones oscilantes,el plasmón, que puede ejercer una fuerza sobre las vibraciones de la molécula probada.
Los investigadores Philippe Roelli y Christophe Galland, pudieron determinar las condiciones exactas necesarias para que esta fuerza inducida por la luz impulse las vibraciones de la molécula a grandes amplitudes. A medida que la comunidad científica ha establecido pautas específicas para este campo, los investigadores eligieron las longitudes de onda láser ypropiedades de las estructuras plasmónicas contra estos.
Obtener más señal de una molécula
A medida que la fuerza de la luz amplifica las vibraciones de la molécula, la interacción entre la molécula y la luz láser confinada también se vuelve más fuerte. Esto puede aumentar drásticamente la señal que SERS capta, mucho más allá de lo que pueden alcanzar los mecanismos previamente conocidos.
"Nuestro trabajo ofrece pautas específicas para diseñar nanoestructuras metálicas más eficientes y esquemas de excitación para SERS", dice Philippe Roelli. "Puede superar los límites de la técnica en sensibilidad y resolución". Al hacerlo, el estudio abre nuevas direcciones de investigaciónen el control de vibraciones moleculares con luz, con aplicaciones potenciales que van desde biología y química hasta tecnologías cuánticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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