Żygieło Maria
Zakład Chemii Fizycznej i Radiochemii
Pracownia Oddziaływań Międzymolekularnych
Znaczniki SERS wykorzystujące hybrydowe nanostruktury magnetyczno – plazmonowe z rdzeniem z tlenku żelaza
Maria Żygieło
Promotor: dr Agata Królikowska
Hybrydowe nanostruktury przyczyniają się do rozwoju zastosowań materiałów wielofunkcyjnych oraz spektroskopii powierzchniowo wzmocnionego rozproszenia ramanowskiego (SERS) [1-3]. Dzięki efektowi SERS obserwuje się ogromne wzmocnienie sygnału ramanowskiego dla cząsteczek zaadsorbowanych na nanostrukturach Ag lub Au. Stworzenie układu bazującego na kompozycie nanocząstek tlenku żelaza (magnetytu)
i srebra umożliwia połączenie właściwości magnetyczno – plazmonowych oraz otwiera drogę do nowych zastosowań.
Celem pracy była synteza i charakterystyka nanostruktur hybrydowych z rdzeniem z tlenku żelaza, z przyłączonymi nanocząstkami srebra. Funkcją rdzenia jest odpowiedź układu na zewnętrzne pole magnetyczne, którą można wykorzystać do oddzielenia nanocząstek, kontrolowanej agregacji itp. Rolą nanostrukturalnego srebra jest zapewnienie aktywności w spektroskopii SERS. Ponadto wytworzone nanometryczne hybrydowe obiekty posłużyły jako podłoże do adsorpcji cząsteczek znacznika ramanowskiego: 2-merkaptoetanosulfonianu sodu (MES) [4]. MES stanowi sondę molekularną, a jego sygnał SERS może służyć jako „kod kreskowy” np. do ochrony dokumentów czy śledzenia nanostruktur hybrydowych. W celu poprawy stabilności złożonego układu badawczego zastosowano pokrycie struktur warstwą krzemionki.
W ramach pracy magisterskiej otrzymano dwoma metodami superparamagnetyczne nanocząstki Fe3O4: techniką współstrącania [5] oraz metodą solwotermalną [6]. Następnie do produktów syntez przyłączono nanostruktury srebra za pomocą redukcji butyloaminą. Proces ten odpowiednio zaadaptowano i skutecznie zoptymalizowano dla nanocząstek magnetytu o odmiennej morfologii [5] niż opisana w literaturowej procedurze [6].
Wykonano charakterystykę produktów poszczególnych etapów eksperymentalnych przy pomocy: transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), nadprzewodnikowego interferometru kwantowego (SQUID) oraz spektroskopii SERS. Analiza otrzymanych wyników: potwierdziła superparamagnetyczne właściwości nanocząstek kompozytu tlenku żelaza i srebra, wykazała kluczową rolę stopnia rozproszenia nanocząstek Fe3O4 wytworzonych metodą solwotermalną podczas procesu przyłączania struktur plazmonowych oraz ukazała wpływ czasu adsorpcji molekuł MES na intensywność sygnału SERS. Uzyskano zadowalającej jakości sygnał SERS (MES) dla nanocząstek Fe3O4 niepokrytych SiO2, natomiast procedura wytwarzania otoczki krzemionkowej wymaga dalszej optymalizacji.
Literatura:
[1] Han X. X., Schmidt A. M., Marten G., Fischer A., Weiding I. M., Hildebrandt P., ACS Nano, 2013, 7, 3212.
[2] Bagga K., Brougham D. F., Keyes T., Brabazon D., Phys. Chem. Chem. Phys., 2015,17, 27968.
[3] Wang M., Duong B., Fenniri H., Su M., Nanoscale, 2015, 7, 11240.
[4] Piotrowski P., Bukowska J., Sens. Actuators, B 2015, 221, 700.
[5] Yu W., Huang Y., Pei L., Fan Y., Wang X., Lai K., J. Nanomater, 2014, 5, 1.
[6] Kim K., Choi J., Lee B., Shin K. S., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2, 1872.