Gouden nanosandwich maakt nanodeeltjes zichtbaar

Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een nieuwe optische methode ontwikkeld om extreem kleine metalen nanodeeltjes zichtbaar te maken, zo klein als 1,8 nanometer. Dat is kleiner dan de meeste virussen en bijna 100.000 keer dunner dan een menselijke haar. Waar normaal gesproken dure elektronenmicroscopen nodig zijn, werkt deze nieuwe techniek met een relatief eenvoudige opstelling, zonder ingewikkelde voorbereidingsstappen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.

Nanodeeltjes vinden een breed scala aan toepassingen in biomedische toepassingen, detectie, energieomzetting en industriële processen. Maar nanodeeltjes kunnen ook negatieve gevolgen hebben als milieuvervuilers, defecten en onvolkomenheden in elektrische en fotonische circuits.

Wetenschappers zoeken naar manier om ze te karakteriseren en beter te begrijpen. De kleinste nanodeeltjes zijn bijzonder moeilijk te detecteren met conventionele lichtmicroscopen. Ze fluoresceren niet onder UV-licht en verstrooien te weinig licht om op te vallen.

Gouden sandwich versterkt lichtsignaal

Om dit op te lossen hebben onderzoekers van de Universiteit Twente een techniek ontwikkeld waarmee we de ongelooflijk kleine metaaldeeltjes kunnen ‘zien’. Ze creëerden een kleine holte tussen een goudfilm en een gouden nanodeeltje.  Vervolgens plaatsten ze het nano-object (‘the whisper’) in deze holte. “Deze structuur is in principe een gouden nanosandwich”, zegt eerste auteur MohammadReza Aghdaee. Wanneer licht in deze holte schijnt, kaatst het rond en heeft het een specifieke interactie met het kleine nano-object. Deze interactie versterkt het lichtsignaal zo sterk dat het piepkleine deeltje uiteindelijk te zien is.

Deze truc werkt dankzij sterke koppeling, een natuurkundig fenomeen waarbij licht en materie zo snel en efficiënt energie uitwisselen dat ze zich als één nieuw systeem gedragen. Het resultaat? Een unieke vingerafdruk in het lichtsignaal die de aanwezigheid van het kleine deeltje verraadt.

Geen fluorescerende labels of kleurstoffen

Omdat de methode niet afhankelijk is van fluorescerende labels of kleurstoffen, kan deze op veel gebieden worden toegepast, zoals vroegtijdige diagnose van ziekten via biomarkers op nanoschaal of milieusensoren die vervuilende stoffen detecteren voordat ze zich verspreiden. Aghdaee: “Mogelijk kunnen we het ook gebruiken om chips en elektronica te inspecteren om defecten op nanoschaal vroegtijdig te spotten.”