Статья: Технология осаждения из газовой фазы нанокомпозитов на основе ПХПК-AG для формирования ГКР-подложек (2025)

Читать

Читать онлайн

В работе апробирована многоступенчатая технология на основе криохимического синтеза, гальванических и литографических методов, а также методов вакуумного распыления для создания ГКР-активных подложек со сложной структурой на микро- и наноуровне. Подложки были сформированы из полимера поли-хлор-п-ксилилена и двух ГКР-активных плазмонных металлов: серебра и меди. В качестве основы были использованы предметные стекла. Итоговые подложки представляли собой сэндвич-структуру серебро/поли-хлор-п-ксилилен/медь, где полимерный слой толщиной около 13 мкм заключен между двумя слоями ГКР-активных плазмонных металлов, серебра и меди, на стеклянной основе. Подложки отличались толщиной серебряного слоя, а также условиями его нанесения: при температуре жидкого азота и при комнатной температуре. Полученные подложки характеризуются периодической структурой, состоящей из цилиндрических выступов микронного размера, морфология которых на наномасштабе отличается от морфологии поверхности между цилиндрами, что подтверждается результатами ГКР-картирования. Показана возможность использования таких подложек для регистрации ГКР-спектров низкомолекулярных веществ на примере 4-меркаптофенилбороновой кислоты (4-МФБК). Определена зависимость усиления интенсивности ГКР-сигнала от микроструктуры нанокомпозита и толщины серебра. Эллипсометрические исследования подтвердили существование плазмонного резонанса на полученных подложках, что подтверждается наличием ГКР-эффекта на всех образцах.

Ключевые фразы: cпектроскопия гкр, гкр-активные подложки, металлополимерные нанокомпо- зиты, точные науки

Автор (ы): Маилян Карен Андраникович, СУРОВ Д.И., ЗВЯГИНА Ю.Ю., КИСЕЛЕВ А.В., Афанасьев Константин Николаевич, Гусев Анатолий Владимирович, Богинская Ирина Анатольевна, Седова Марина Владимировна, Рыжиков Илья Анатольевич

Журнал: СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Предпросмотр статьи

Идентификаторы и классификаторы

SCI: Физика
УДК: 53.082.5. Методы измерений, основанные на использовании оптических явлений
57.088. Специальные методы и техника для изучения биологических молекул

Для цитирования:

МАИЛЯН К. А., СУРОВ Д.И., ЗВЯГИНА Ю.Ю., КИСЕЛЕВ А.В., АФАНАСЬЕВ К. Н., ГУСЕВ А. В., БОГИНСКАЯ И. А., СЕДОВА М. В., РЫЖИКОВ И. А. ТЕХНОЛОГИЯ ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПХПК-AG ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГКР-ПОДЛОЖЕК // СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА. 2025. № 2 (16), ТОМ 3

Текстовый фрагмент статьи

Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) широко используется для детектирования следовых количеств биологически значимых веществ [1–4]. Для реализации метода необходимо использовать наноструктурированные подложки на основе золота, серебра, меди, поскольку они способствуют реализации локального плазмонного резонанса [5]. Ряд исследований посвящен созданию подложек, эффективно усиливающих спектры комбинационного рассеяния [6, 7]. Эффект ГКР был открыт в 1970-х гг. при использовании химически загрубленного серебряного электрода в экспериментах по увеличению эффективности детектирования КР-спектров пиридина [8]. В 70 - 80-е ряд ГКР-подложек был расширен островковыми пленками, коллоидными агрегатами и структурированными поверхностными элементами, сформированными микролитографическими методами [9]. Благодаря развитию в 90-е годы нанотехнологических подходов и одновременно с ними новых методов синтеза наночастиц металлов, а также разработке высокоразрешающих методов контроля морфологии было создано множество новых видов ГКР-активных структур: упорядоченных массивов наночастиц с нанометровыми зазорами; наноразмерных раковин, игл, граней; наноструктурированных массивов отверстий, пустот, неоднородностей, канавок и др. [9]. На сегодняшний день разработка эффективных ГКР-подложек все еще остается актуальной технологической задачей, несмотря на то, что уже существует множество методов создания ГКР-подложек на основе серебра, золота и других металлов: вакуумное распыление [10], литография [11], вакуумное осаждение [12]. Особенно актуально применение метода для регистрации биологически значимых аналитов в низких физиологически значимых концентрациях: вирусов, бактерий, белков, ферментов и др. [13–15]. Среди этих задач существует направление исследования продуктов метаболитов бактерий, что требует использования селективных подложек, нечувствительных к высокомолекулярным соединениям, формирующим структуру самого микроорганизма, и чувствительных только к низкомолекулярной составляющей исследуемого образца. Один из вариантов реализации такой ГКР-структуры – наночастицы серебра или золота, которые обычно представлены в виде коллоидного раствора [16, 17] и затем могут быть иммобилизованы на подложке [18, 19]. В этой связи реализация иммобилизации наночастиц в приповерхностном слое полимерной матрицы является актуальной задачей, поскольку позволит стабилизировать частицы заданного размера в химически инертной высокомолекулярной матрице, при этом оставляя их доступными для взаимодействия с аналитом. Уже существует ряд примеров создания структур с внедренными в матрицы различной природы наночастицами: обычное смешивание наночастиц и матрицы [20] с помощью перемешивания, формирование покрытия центрифугированием [21], электрораспыление [22], смешивание с прекурсором с последующим формированием наночастиц путем реакции химического восстановления [23], смешивание готовых наночастиц с мономером с последующей полимеризацией [24].

Список литературы

1. Oliveira M.J. et al. O ce paper decorated with silver nanostars-an alternative cost-e ective platform for trace analyte detection by SERS // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. DOI: 10.1038/s41598-017-02484-8
2. Kurochkin I. et al. New SERS-active junction based on cerium dioxide facet dielectric lms for biosensing // Adv. Electromagn. 2014. V. 3. № 1. P. 57-60. DOI: 10.7716/aem.v3i1.266
3. Xiao R. et al. Single functional magnetic-bead as universal biosensing platform for trace analyte detection using SERS-nanobioprobe // Biosens. Bioelectron. 2016. V. 79. DOI: 10.1016/j.bios.2015.12.108
4. Liszewska M. et al. Evaluation of selected SERS substrates for trace detection of explosive materials using portable Raman systems // Vib. Spectrosc. 2019. V. 100. DOI: 10.1016/j.vibspec.2018.11.002
5. Mosier-Boss P.A. Review of SERS substrates for chemical sensing // Nanomaterials. 2017. V. 7. № 6. DOI: 10.3390/nano7060142
6. Kahraman M. et al. Fundamentals and applications of SERS-based bioanalytical sensing // Nanophotonics. 2017. V. 6. № 5. P. 831-852. DOI: 10.1515/nanoph-2016-0174
7. Ge K., Hu Y., Li G. Recent Progress on Solid Substrates for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Analysis // Biosensors. 2022. V. 12. № 11. DOI: 10.3390/bios12110941
8. Albrecht M.G., Creighton J.A. Anomalously Intense Raman Spectra of Pyridine at a Silver Electrode // J. Am. Chem. Soc. 1977. V. 99. № 15. DOI: 10.1021/ja00457a071
9. Ding S.Y. et al. Electromagnetic theories of surface-enhanced Raman spectroscopy // Chemical Society Reviews. 2017. V. 46. № 13. DOI: 10.1039/c7cs00238f
10. Horimoto N., Ishikawa N., Nakajima A. Preparation of a SERS substrate using vacuum-synthesized silver nanoparticles // Chem. Phys. Lett. - 2005. V. 413. № 1-3. DOI: 10.1016/j.cplett.2005.07.054
11. Dieringer J.A. et al. Surface enhanced Raman spectroscopy: New materials, concepts, characterization tools, and applications // Faraday Discussions. 2006. V. 132. DOI: 10.1039/B513431P
12. Hirai Y. et al. Arrays of triangular shaped pincushions for SERS substrates prepared by using self-organization and vapor deposition // Chem.Commun. 2010. V. 46. № 13. DOI: 10.1039/b923514k
13. Durmanov N.N. et al. Non-labeled selective virus detection with novel SERS-active porous silver nano lms fabricated by Electron Beam Physical Vapor Deposition // Sensors Actuators B Chem. 2018. V. 257. P. 37-47. DOI: 10.1016/j.snb.2017.10.022
14. Slipchenko E.A. et al. SERS Sensor for Human Glycated Albumin Direct Assay Based on Machine Learning Methods // Chemosensors. 2022. V. 10. № 12. P. 520. DOI: 10.3390/chemosensors10120520
15. Boginskaya I. et al. Human angiotensin I-converting enzyme study by surface-enhanced Raman spectroscopy // J. Raman Spectrosc. 2021. V. 52. № 9. P. 1529-1539. DOI: 10.1002/jrs.6068
16. Creighton J.A., Blatchford C.G., Albrecht M.G. Plasma resonance enhancement of Raman scattering by pyridine adsorbed on silver or gold sol particles of size comparable to the excitation wavelength // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2 Mol. Chem. Phys. 1979. V. 75. DOI: 10.1039/f29797500790
17. Blatchford C.G., Campbell J.R., Creighton J.A. Plasma resonance - enhanced raman scattering by absorbates on gold colloids: The e ects of aggregation // Surf. Sci. 1982. V. 120. № 2. DOI: 10.1016/0039-6028(82)90161-3
18. Budnyk A.P. et al. Gold Nanoparticle Aggregates Immobilized on High Surface Area Silica Substrate for E cient and Clean SERS Applications // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 9. P. 3857-3862. DOI: 10.1021/jp9112816
19. Ou Y. et al. In-Situ Immobilization of Silver Nanoparticles on Self-Assembled Honeycomb-Patterned Films Enables Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrates // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 21. P. 11478-11484. DOI: 10.1021/jp503166g
20. Dammer O. et al. Morphology and optical responses of SERS active n-conjugated poly(N-ethyl-2-ethynylpyridinium iodide)/Ag nanocomposite systems // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. V. 11. № 26. DOI: 10.1039/b817253f
21. Eremina O.E. et al. Silver-chitosan nanocomposite as a plasmonic platform for SERS sensing of polyaromatic sulfur heterocycles in oil fuel // Nanotechnology. 2020. V. 31. № 22. DOI: 10.1088/1361-6528/ab758f
22. Zhang C.L. et al. Co-assembly of Au nanorods with Ag nanowires within polymer nano ber matrix for enhanced SERS property by electrospinning // Nanoscale. 2012. V. 4. № 17. DOI: 10.1039/c2nr30736g
23. Rao V.K., Radhakrishnan T.P. Tuning the SERS Response with Ag-Au Nanoparticle-Embedded Polymer Thin Film Substrates // ACS Appl. Mater.Interfaces. 2015. V. 7. № 23. DOI: 10.1021/acsami.5b04180
24. Pinheiro P.C. et al. SERS studies of DNA nucleobases using new silver poly(methyl methacrylate) nanocomposites as analytical platforms // J. Raman Spectrosc. 2015. V. 46. № 1. DOI: 10.1002/jrs.4589
25. Afanasev K.N. et al. Poly(p-xylylene) Silver Nanocomposites: Optical, Radiative, and Structural Properties // IEEE Trans. Nanotechnol. 2017. V. 16. № 2. DOI: 10.1109/TNANO.2017.2661323
26. Gerasimov G.N. et al. Cryochemical synthesis and structure of metal-containing poly(p-xylylenes): System poly(chloro-p-xylylene)-Ag // Macromol. Chem. Phys. 1996. V. 197. № 4. DOI: 10.1002/macp.1996.021970417
27. Gusev A. V. et al. Prospects for the application of nanostructured polymer and nanocomposite lms based on poly-p-xylylene for micro-, opto-, and nanoelectronics // J.Commun. Technol. Electron. 2009. V. 54. № 7. P. 833-843. DOI: 10.1134/S1064226909070122
28. Boginskaya I.A. et al. Structure of and electric conduction in metal-polymer poly-para-xylylene-Ag nanocomposite lms // J.Commun. Technol. Electron. 2011. V. 56. № 1. P. 66-72. DOI: 10.1134/S1064226911010025
29. Boginskaya I. et al. The Poly(chloro-p-xylylene)-Ag Metal-Polymer Nanocomposites Obtained by Controlled Vapor-Phase Synthesis for SERS E ect Realisation // Coatings. 2021. V. 11. № 10. P. 1171. DOI: 10.3390/coatings11101171
30. Boginskaya I. et al. Detection of Organic Substances by a SERS Method Using a Special Ag-Poly(Chloro-P-Xylylene)-Ag Sandwich Substrate // Coatings. 2020. V. 10. № 8. P. 799. DOI: 10.3390/COATINGS10080799
31. Sun X. et al. Functionalized aligned silver nanorod arrays for glucose sensing through surface enhanced Raman scattering // RSC Adv. 2014. V. 4. № 45. DOI: 10.1039/c4ra02423k
32. Li S. et al. Surface-enhanced Raman scattering behaviour of 4-mercaptophenyl boronic acid on assembled silver nanoparticles // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. № 27. DOI: 10.1039/C5CP02409A
33. Nechaeva N.L. et al. Multiscale aked silver SERS-substrate for glycated human albumin biosensing // Anal. Chim. Acta. 2020. V. 1100. P. 250-257. DOI: 10.1016/j.aca.2019.11.072
34. Su H. et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy study on the structure changes of 4-Mercaptophenylboronic Acid under di erent pH conditions // Spectrochimica Acta - Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2017. V. 185. DOI: 10.1016/j.saa.2017.05.068
35. WITec Wissenschaftliche Instrumente und Technologie GmbH. WITec Control User Manual. Ulm, Germany, 2007.
36. Raki’c A.D. et al. Optical properties of metallic lms for vertical-cavity optoelectronic devices // Appl. Opt. 1998. V. 37. № 22.
37. Senkevich J.J., Desu S.B. Poly(chloro-p-xylylene)/SiO2 multilayer thin lms deposited near-room temperature by thermal CVD // Thin Solid Films. 1998. V. 322. № 1-2.

Выпуск

№ 2 (16), Том 3 (2025)

Кол-во страниц: 40 страниц

Другие статьи выпуска

О единицах измерения в электродинамике (2025)

Авторы: ИВАНОВ М.Г., ДУДЧЕНКО В.А.

Система единиц измерения определяется заданием основных единиц измерения и выбором коэффициентов в записи уравнений. Это позволяет, даже зафиксировав семь основных единиц измерения системы СИ, изменить систему единиц так, чтобы она соответствовала симметриям электродинамики. При таком выборе все поля

Сохранить в закладках

Способ оптимизации параметров покрытия внутренней поверхности металлической полости (2025)

Авторы: Маслов Андрей Сергеевич, КИСЕЛЬ В.Н.

Отражение от полостей часто определяет максимальный уровень поля обратного рассеяния различных объектов. Снизить это рассеяние можно путем нанесения покрытия на стенки полости, поэтому важное практическое значение имеет задача оптимального выбора параметров покрытий. Соответствующие теоретические и расчетные исследования сопряжены с высокими затратами ресурсов ЭВМ, снизить которые можно, применяя подходящие аппроксимации и специальные методики. Например, поглощающее магнитодиэлектрическое покрытие обычно хорошо описывается эквивалентным поверхностным импедансом, использование которого значительно снижает трудоемкость расчетов и упрощает оптимизацию. В статье рассмотрен способ выбора поверхностного импеданса покрытия стенок полости, применение которого позволяет добиться максимального поглощения энергии в материале покрытия и, соответственно, минимизировать уровень обратного излучения.

Сохранить в закладках

Издательство

Издательство: ИТПЭ РАН
Регион: Россия, Москва
Почтовый адрес: 125412, г. Москва, ул. Ижорская, д. 13, стр. 6
Юр. адрес: 125412, г. Москва, вн.тер.г. муниципальный округ Дмитровский, ул Ижорская, д. 13, стр. 6
ФИО: Розанов Константин Николаевич (Директор)
E-mail адрес: itae@itae.ru
Контактный телефон: +7 (495) 4842383
Сайт: http:/www.itae.ru

Все права на тексты и товарные знаки принадлежат их законным владельцам. Подробнее...

Сайт https://scinetwork.ru (далее – сайт) работает по принципу агрегатора – собирает и структурирует информацию из публичных источников в сети Интернет, то есть передает полнотекстовую информацию о товарных знаках в том виде, в котором она содержится в открытом доступе.

Сайт и администрация сайта не используют отображаемые на сайте товарные знаки в коммерческих и рекламных целях, не декларируют своего участия в процессе их государственной регистрации, не заявляют о своих исключительных правах на товарные знаки, а также не гарантируют точность, полноту и достоверность информации.

Все права на товарные знаки принадлежат их законным владельцам!

Сайт носит исключительно информационный характер, и предоставляемые им сведения являются открытыми публичными данными.

Администрация сайта не несет ответственность за какие бы то ни было убытки, возникающие в результате доступа и использования сайта.

Спасибо, понятно.

Наведите камеру на QR-код, чтобы открыть моб. версию страницы.