Ученые создали «золотой нано-сэндвич» для обнаружения мельчайших частиц

Рассеяние света объектами размером менее 15 нм внутри и снаружи плазмонного нанополости. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63380-8

Наночастицы окружают нас повсюду. Они находят широкое применение в биомедицине, сенсорике, преобразовании энергии и промышленных процессах. Однако наночастицы также могут иметь негативные последствия как загрязнители окружающей среды, дефекты и несовершенства в электрических и фотонных схемах.

Существует острая необходимость в их характеристике и понимании. Самые маленькие наночастицы особенно трудно обнаружить с помощью обычных световых микроскопов. Они не флуоресцируют под ультрафиолетовым светом и рассеивают слишком мало света, чтобы быть заметными.

Исследователи из Университета Твенте разработали новый оптический метод, позволяющий сделать видимыми чрезвычайно маленькие металлические наночастицы размером до 1,8 нанометра. Это меньше, чем большинство вирусов, и почти в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Там, где обычно требуются дорогостоящие электронные микроскопы, эта новая техника работает с относительно простой установкой, без сложных подготовительных этапов. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Золотой сэндвич усиливает световой сигнал

Исследователи разработали технику, которая позволяет «увидеть» невероятно маленькие металлические частицы, создавая крошечную полость между золотой пленкой и золотой наночастицей. Затем они поместили нанообъект в эту полость.

«Эта структура по сути представляет собой нано-золотой сэндвич», — говорит первый автор и исследователь UT МохаммадРеза Агдаи. Когда свет попадает в эту полость, он отражается и взаимодействует именно с крошечным нанообъектом. Это взаимодействие настолько усиливает световой сигнал, что крошечную частицу наконец можно увидеть.

Этот трюк работает благодаря физическому явлению, называемому сильной связью, при которой свет и материя обмениваются энергией так быстро и эффективно, что ведут себя как единая новая система. Результат? Уникальный отпечаток в световом сигнале, который выявляет присутствие крошечной частицы.

Поскольку метод не полагается на флуоресцентные метки или красители, он может применяться во многих областях, таких как ранняя диагностика заболеваний через наномасштабные биомаркеры или экологические сенсоры, обнаруживающие загрязнители до их распространения. Агдаи заявляет: «Мы также сможем использовать его для проверки чипов и электроники, чтобы рано обнаруживать наномасштабные дефекты».

Больше информации: MohammadReza Aghdaee et al, Optical detection of single sub-15 nm objects using elastic scattering strong coupling, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63380-8

Источник: University of Twente