Nanoplasmonic Sensing (NPS)

NPS är en mångsidig och extremt ytkänslig optisk teknik för studier av egenskaper hos filmer på molekylskala, som använder nanopartiklar av ledande material, till exempel guld som lokala sensorelement. De nanotillverkade plasmoniska diskarna hos inpslorions sensorer är inbäddade i specialanpassade dielektriska material som ger optimalt skydd och skräddarsydd ytkemi för sensorerna.

Insplorion har tagit det generella konceptet av LSPR-baserad avkänning och gjort det användbart inom ett flertal områden, där de ledande nano-diskarna fungerar som optiska antenner, som påverkas av processer vid sensor/prov-ytan. Tekniken utgör en verkligt mångsidig sensorplattform som möjliggör upptäckt och övervakning av en stor mängd olika material- och gränsskiktsprocesser både inom forskning i in situ-förhållanden och i anpassade funktioner som batterisensorer och luftkvalitetssensorer.

NPS baserat på fenomenet LSPR

Insplorions teknik NanoPlasmonic Sensing (NPS) utnyttjar ett fysiskt fenomen kallat Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR).

LÄS MER

Först och främst, vad är en plasmon? "Inom fysiken är en plasmon ett kvantum av plasmaoscillation. Plasmonen är en kvasipartikel, som härrör från kvantisering av svängningar i ett plasma, precis som fotoner och fononer är kvantiseringar av elektromagnetisk respektive mekanisk vågrörelse, (fast fotonen är en elementarpartikel - inte en kvasipartikel). Plasmoner är alltså kollektiva oscillationer av den fria elektrongasens densitet, exempelvis vid optiska frekvenser. Plasmoner kan koppla till en foton och skapa en annan kvasipartikel, som kallas plasmapolariton..” Wikipedia Plasmon

En lokalt begränsad ytplasmon är en sammanhängande, kollektiv rumslig oscillation av de fria elektronerna i en metallisk nano-partikel. Dessa plasmoner kan exciteras av det elektromagnetiska fältet hos nästan synligt ljus. När vitt ljus passerar genom en plasmonisk sensor, uppstår ett utsläckningsspektrum genom att partiklarna absorberar och sprider ljus. Resonanstoppens position bestäms av storleken, formen och materialet hos nano-partikeln, och vad som viktigare är, beror den också på refraktionsindex av media inom det närmsta området runt nano-partikeln. Därför, genom att notera ändringar i resonanstoppen, kan man se och övervaka processer som påverkar den dielektriska omgivningen av nano-partiklarna på sensorytan.

LSP-resonanstillståndet (vilken våglängd/färg av ljuset som ger resonans med ytplasmonen) definieras av en kombination av:

  • De elektroniska egenskaperna hos nano-partikeln
  • Nano-partikelns storlek och form
  • Nano-partikelns temperatur
  • Den dielektriska miljön i nära anslutning till nano-partiklarna.

Den dielektriska miljön runt nano-partiklarna är ett resultat av den lokalt förstärkta plasmoniska fältet (som också påverkas av det inkommande fältet). Fältet avtar exponentiellt från nano-partikelns yta. Inom denna ”nano-volym” av lokalt förstärkt fält, påverkar små ändringar i den lokala dielektriska miljön (orsakad av molekylär adsorption eller termiska processer) resonansen. Ändringarna i resonans, ändrar i sin tur mängden spritt och absorberat ljus i olika våglängder. Dessa ändringar kan mätas med hög spektral upplösning, i enkla optiska transmissions- eller reflektionsexperiment, vilket gör LSPR till utmärkta nano-sensorer.

NPS-chipens Nano-arkitektur och funktionalitet

Nanplasmonisk Sensing generellt utnyttjar ledande nano-partiklar, ofta metall som guld (AU) eller silver (AG), som lokala avkänningselement, vilket ger en kombination av unika egenskaper, som inkluderar ultrahög känslighet, liten provvolym (genom sensorns litenhet med nano-partiklar i storleksordningen 50–100 nm) och kapacitet för snabb, realtids- (millisekunds upplösning) fjärravläsning.

LÄS MER

I Insplorions patent "Applied Nanoplasmonic Sensing (NPS) technology", används avkänningen genom nano-tillverkade mönster av icke-interagerande, identiska nano-plattor på en glasyta. Detta mönster av nano-diskar (sensorn) täcks sedan av en tunn film av ett dielektriskt ytlager. Sensorns nano-partiklar är bäddas därigenom in i sensorns yta och interagerar normalt inte med det studerade materialet mer än genom LSPR-dipolfältet.

Fältet går igenom ytlagret och har avsevärd styrka på och i närheten till ytan och kan därigenom känna av dielektriska ändringar.

Glasytan, belagd med sensorpartiklar och det täckande ytlagret, kan ses som ett generellt sensorchip. I den unika nano-arkitekturen hos Insplorions NSP-sensorchip, bidrar ytlagret med följande funktioner:

  • Skydd för nano-sensorerna av ädelmetall från strukturell omformning
  • Skydd för nano-sensorerna från kemisk interaktion med provmaterialet
  • Skydd för nano-sensorerna från tuffa/reaktiva miljöer
  • Skräddarsydd ytkemi för sensorchipen och därigenom kan det vara;
  • Antingen ett inert substrat för provmaterialet, eller
  • Delta aktivt i den studerade processen (sidoeffekt)

En stor fördel av NPS-tekniken är att vilken materialform, -storlek och typ kan studeras på nano-nivå på ett stort antal ytskiktsmaterial.

Länk till vetenskaplig artikel som beskriver NanoPlasmonisk Sensing mer i detalj (kräver prenumeration. Kontakta Insplorion för mer information genom sales@insplorion.com)

Ladda ner broschyren Insplorion’s Nanoplasmonic Sensing här: