CẢM BIẾN DỰA TRÊN NANOTECHNICSY THEO D MONI THEO QUY TRÌNH TRỰC TUYẾN

Công nghệ nano có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các cảm biến, bằng cách sử dụng các hạt nano và vật liệu có cấu trúc nano làm đầu dò, bao gồm các vật liệu phân tử lớp mỏng truyền đạt chức năng của tất cả các thành phần hóa học có liên quan. Trên thực tế, nhiều phương pháp điện hóa thành công dựa trên việc sử dụng các điện cực biến đổi phân tử, vì chúng thể hiện hiệu suất nâng cao, kết hợp hóa học và vật lý của các loài bất động. Việc sử dụng các bộ điều biến cũng có thể cải thiện sự chuyển điện tử, trong nhiều trường hợp để ngăn ngừa ngộ độc điện cực và các quá trình hóa học điện không mong muốn [8 thép11].
Các nanosens đa năng đã thu được bằng cách sử dụng các vật liệu siêu phân tử chức năng [8 Hóa11] có nguồn gốc từ porphyrin và porphyrazine kết hợp với phức hợp polypyridine ruthenium (Hình 1). Những vật liệu như vậy thực sự nổi bật vì cơ sở của chúng để tạo ra các màng mỏng dẫn điện, cung cấp các cổng oxi hóa khử cụ thể để vận chuyển điện tử đến điện cực.
Một loại ứng dụng khác được cung cấp bởi Au- và Ag-NP và màng mỏng của chúng, dựa trên sự xuất hiện của hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR). Dưới ảnh hưởng của điện trường dao động, các electron bề mặt của các màng mỏng như vậy có thể đi vào cộng hưởng, tạo ra các sóng định kỳ gọi là plasmon. Về nguyên tắc, một bức xạ điện từ cũng có thể kích thích sóng plasmon bề mặt, tuy nhiên, có một số hạn chế được áp đặt bởi các hằng số điện môi cục bộ, ngăn chặn sự phù hợp của sóng vectơ thú vị và lan truyền. Vấn đề này đã được giải quyết [18] bằng cách điều chỉnh sóng kích thích bằng lăng kính quang học đặt bên dưới màng vàng. Trong sự sắp xếp này, có một góc tới hạn có khả năng tạo ra sự cộng hưởng giữa bước sóng thú vị và sóng plasmon.
Một góc như vậy rất nhạy cảm với lượng picogram của chất nền được hấp phụ trên màng vàng, cung cấp một công cụ phân tích rất nhạy, có sẵn trên thị trường như kỹ thuật SPR. Nó minh họa một ứng dụng thú vị của phim nanomet, cũng phù hợp để theo dõi trực tuyến các quy trình sản xuất, như trong ngành công nghệ sinh học và dược phẩm.
Trong trường hợp các hạt nano kim loại, sóng plasmon được định vị và có thể tương tác trực tiếp với bức xạ thú vị, cho thấy hiệu ứng cộng hưởng ở các bước sóng cụ thể tùy thuộc vào hằng số điện môi liên quan và kích thước hạt. Sự cộng hưởng như vậy đã được Mie mô phỏng theo lý thuyết, hơn một thế kỷ trước [19].
Về cơ bản, các electron hạt nano dao động đồng thời với các trường điện từ bức xạ, tạo ra các lưỡng cực dao động. Điện trường cộng hưởng dẫn đến sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng dị thường, chịu trách nhiệm cho các màu đỏ đặc trưng của Au-NP. Các điện trường như vậy được tăng cường mạnh mẽ đặc biệt là sự kết hợp của hai hoặc nhiều hạt nano, vì sự xuất hiện của các điểm nóng địa phương. Một trong những hậu quả của điện trường địa phương như vậy là sự tăng cường mạnh mẽ của tán xạ Raman đối với các phân tử được hấp phụ trên bề mặt hạt nano, còn được gọi là hiệu ứng SERS [20 Chuyện23].

Khi bước sóng thú vị cộng hưởng với các dải điện tử của các phân tử bị hấp phụ và / hoặc các dải chuyển điện tích từ các phân tử đến mức Fermi kim loại (hoặc ngược lại), sự tăng cường có thể đạt tới hơn 10 bậc độ lớn. Trong một số trường hợp, ngay cả một phát hiện phân tử đơn đã được thực hiện bằng các đầu dò SERS.
Một tủ quần áo nano SERS thú vị đã thu được bằng cách kết hợp một phối tử đa chức năng, chẳng hạn như trimercaptotriazine (TMT), ở bề mặt Au-NP [24]. Người ta đã chứng minh rằng dải cộng hưởng plasmon cục bộ của các Au-NP ổn định citrate 25nm chuyển từ 522 đến 528nm khi có mặt TMT, không có bằng chứng về sự kết tụ. Để quan sát hiệu ứng SERS, sử dụng bước sóng kích thích ở 785nm, một lượng dung dịch NaCl rất nhỏ đã được thêm vào, chỉ đủ để bắt đầu kết tụ. Điều này có thể được theo dõi bằng cách tăng một dải khớp nối plasmon đặc trưng ở 700nm. Sự tích tụ chỉ được duy trì, để đảm bảo điều kiện đứng yên và ngăn chặn lượng mưa. Trong trường hợp này, tín hiệu SERS mạnh, có thể tái tạo đã được ghi lại cho TMT-AuNPs (Hình 3).
Các đỉnh SERS được quan sát chủ yếu liên quan đến các rung động liên quan đến các nhóm C C S và S âm H ở 1259, 897, 872, 485 và 432 cm, 1, cũng như các rung động vòng ở 1218 và 971 cm 1 TMT. Cần lưu ý rằng sau khi liên kết, có sẵn một SH thứ ba và hai nguyên tử N dị vòng của TMT, để tương tác với các chất nền như các ion kim loại nặng. Như một vấn đề thực tế, với sự hiện diện của các ion Hg2 +, cấu hình SERS của TMT-Au-NP bị thay đổi đáng kể, cho thấy sự giảm hệ thống của các đỉnh dao động Cíp S ở mức 485 và 432nm, khi tăng nồng độ ion kim loại trong phạm vi 2 × 10 từ7 đến 2 × 10 điện6 mol dm Cách 3, đồng thời với sự gia tăng của đỉnh rung động vòng ở 971 cm Lời 1. Những thay đổi trong kiểu rung là biểu thị cho sự liên kết của các ion Hg2 + với các nhóm thiol và với nguyên tử N dị vòng, có lẽ là ở chế độ phối hợp bidentate, như được minh họa trong hình. 4.
Sự thay đổi đồng thời về cường độ của các đỉnh dao động ở 973, 485 và 432 cm, 1 cho phép sử dụng cường độ tương đối, ví dụ, tại 432/971 và 485/971, để xây dựng các đường cong hiệu chuẩn như là một hàm của nồng độ Các ion Hg2 +, như trong hình 3. Theo cách này, việc xác định nồng độ Hg2 + ở mức ppb, từ phổ SERS có thể được thực hiện trực tiếp, không cần sử dụng các tiêu chuẩn nội bộ như trong các thí nghiệm Raman thông thường. Phương pháp này đã được mở rộng cho các ion kim loại nặng khác, và trong thực tế, nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một lượng rất nhỏ chất nền kết hợp với thiết bị Raman di động để đo tại chỗ các ion kim loại nguy hiểm trong nước. Gần đây, việc áp dụng loại đầu dò SERS này đã được mở rộng cho phân tích thử nghiệm điểm Feigl cổ điển, được thực hiện trên giấy lọc, bằng cách sử dụng thuốc thử chọn lọc với sự có mặt của Au-NP và theo dõi tín hiệu Raman tăng cường [25 ]. Ứng dụng như vậy, mở rộng giới hạn phát hiện của các chất phân tích, có thể mở ra những khả năng thú vị trong hóa học pháp y.
Các ví dụ được báo cáo chỉ minh họa một số khả năng khám phá công nghệ nano trong các ứng dụng hóa học xanh. Các diện tích bề mặt lớn của hạt nano và vật liệu nano cho phép giảm lượng hiệu quả của chúng, như chất phụ gia hoặc chất xúc tác trong các quá trình hóa học, trong khi các đặc tính nổi bật của chúng, như cộng hưởng plasmon và siêu màng từ, có thể được khám phá trong nhiều ứng dụng sáng tạo trong hóa học, kỹ thuật và y học , bao gồm các thiết bị cảm biến trực tuyến. Phục hồi là một điểm quan trọng khác cần được đề cập, đặc biệt là trong xúc tác enzyme và thủy luyện. Có một sự hấp dẫn màu xanh lá cây liên quan đến khả năng sản xuất kim loại trong điều kiện cạnh tranh và bền vững, được cung cấp bằng cách loại bỏ dung môi, hóa chất và các bước chiết xuất, nhờ vào cơ sở thu hồi và tái chế các hạt nano siêu thuận từ. Hiệu ứng tiền cô đặc là một điểm nổi bật quan trọng khác, cho phép khai thác thương mại các giải pháp pha loãng và để thực hiện loại bỏ kim loại chọn lọc cho mục đích khắc phục môi trường. Do đó, công nghệ nano và hóa học xanh có trách nhiệm có thể là đối tác thực sự tốt để thúc đẩy các quy trình công nghiệp bền vững, tốt hơn.