El mètode, desenvolupat per investigadors del Departament de Química Física i Inorgànica de la URV, permet crear nanomaterials que responen millor a la llum i milloren la detecció de molècules

Detectar molècules en quantitats ultrabaixes és clau en camps com la salut, el medi ambient o l’anàlisi química. Un estudi liderat per la Universitat Rovira i Virgili ha creat unes nanopartícules amb forma d’estrella, fetes d’or i recobertes de plata, que amplifiquen fins a 80 vegades el senyal utilitzat per detectar molècules, en comparació amb materials similars utilitzats fins al moment. Aquesta millora és molt superior a la que s’havia aconseguit en estudis anteriors. Els resultats d’aquesta recerca s’han publicat a la revista ACS Nanoscience Au.

La tècnica SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy) permet identificar molècules a partir de la seva signatura espectral Raman, és a dir, el patró característic amb què cada substància modifica la llum quan és il·luminada amb un làser. Aquesta “empremta” és única per a cada molècula i permet reconèixer-la amb gran precisió. Com que el senyal que es genera és molt feble, cal utilitzar materials especials —anomenats plasmònics— que amplifiquin la interacció entre la llum i la molècula. Per això, el disseny del material que actua com a amplificador és un element determinant en el rendiment del sensor òptic.

En aquest treball, liderat per Nicolás Pazos i Luca Guerrini, investigadors del Departament de Química Física i Inorgànica de la URV, en col·laboració amb Vincenzo Giannini, de l’Institut de Estructura de la Matèria (IEM-CSIC), s’ha desenvolupat una metodologia de síntesi que permet combinar en un únic substrat plasmònic —és a dir, un material capaç d’amplificar la llum— amb forma d’estrella, especialment eficient per reforçar el senyal SERS i amb les propietats òptiques superiors de la plata.

Mitjançant un control molt precís de les condicions de fabricació, els investigadors han aconseguit regular com creix la plata sobre les nanostrelles d’or, mantenint-ne la forma anisotròpica —amb puntes allargades que concentren la llum— i ajustant la resposta del material en un ampli rang de longituds d’ona. Les anàlisis microscòpiques confirmen que la plata recobreix de manera homogènia tota la superfície de les nanostrelles, incloent-hi les puntes, sense degradar-ne la forma. Aquesta uniformitat és clau per garantir un reforç del senyal consistent i reproduïble, un aspecte essencial de cara a aplicacions reals.

Les proves experimentals han mostrat que un mateix tipus de nanostrelles recobertes de plata ofereix la màxima resposta SERS fins i tot quan s’il·lumina amb làsers de diferents longituds d’ona (és a dir, amb diferents colors de llum). Això indica que el bon rendiment del material no depèn tant d’ajustar amb molta precisió la llum utilitzada, sinó de les seves propietats plasmòniques intrínseques, és a dir, de la seva capacitat pròpia d’interactuar amb la llum i amplificar-ne el senyal.

Aquest avenç estableix una nova manera d’afrontar el disseny de materials per a substrats SERS d’alt rendiment i pot tenir un impacte directe en camps com l’anàlisi química, la biomedicina o el control ambiental”, segons l’equip investigador.

Referència bibliogràfica: Judith Peñas-Farre, Xiaofei Xiao, Vincenzo Giannini, Xavier Mateos, Luca Guerrini, and Nicolas Pazos-Perez. Synthesis and Optimization of Highly Bright Silver-Coated Au. Nanostars with Tunable Plasmonic Properties.DOI: 10.1021/acsnanoscienceau.5c00075