Multi-resonant Raman Sensors in liquids
MuRS
Finanziamento del: Ministero dell�Universit� e della Ricerca
Calls: PRIN 2022
Data inizio: 2023-09-28 Data fine: 2025-09-27
Budget totale: EUR 286.874,00 Quota INO del budget totale: EUR 149.077,00
Responsabile scientifico: Responsabile scientifico per INO: Gagliardi Gianluca
Calls: PRIN 2022
Data inizio: 2023-09-28 Data fine: 2025-09-27
Budget totale: EUR 286.874,00 Quota INO del budget totale: EUR 149.077,00
Responsabile scientifico: Responsabile scientifico per INO: Gagliardi Gianluca
Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: CNR – Istituto Nazionale di Ottica (INO)
altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:
Universit� di Napoli “Federico II”
Abstract: I micro-risonatori dielettrici realizzati con vetri solidi di diverse geometrie, come sfere o toroidi, si sono rivelati dispositivi straordinari per il rilevamento biochimico ad alta sensibilit�. Sfruttano un enhacement dell�interazione luce-materia dovuto all�intrappolamento della luce da parte delle risonanze whispering-gallery mode (WGM). D�altra parte, la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS) � una metodologia formidabile che combina le informazioni sull�impronta digitale dello spettro Raman molecolare con l�amplificazione ottica in campo vicino delle risonanze plasmoniche di superficie localizzate (LSPR) su nanostrutture metalliche, consentendo il rilevamento di diversi composti anche in matrici liquide con sensibilit� e selettivit� senza precedenti.
In questo progetto, combiniamo la spettroscopia con la fotonica per realizzare sonde Raman ultrasensibili per l�analisi di specie chimiche di interesse ambientale in grado di operare direttamente in fase liquida e in un set-up compatto. Gli elementi sensibili sono costituiti da microsfere ottiche di silice fabbricate in laboratorio la cui superficie � funzionalizzata con nanoparticelle metalliche mediante tecniche di immobilizzazione chimica o film metallici nanostrutturati da dewetting allo stato solido. Il rilevamento in tempo reale degli analiti disciolti in un campione liquido pu� essere ottenuto con l�eccitazione �free space� di WGMs in microrisonatori, assistiti da plasmone, ed immersi nel campione liquido: viene sfruttata cos� l�enorme sensibilit� dello scattering Raman potenziato da LSPR su una microsfera eccitata in risonanza per rilevare e identificare specie chimiche in tracce, con limite di rilevamento estremamente basso. L�applicazione killer riguarder� la quantificazione diretta delle nanoplastiche nell�acqua, un raro inquinante chimico di grande preoccupazione nei serbatoi naturali, il cui rilevamento � attualmente irrealizzabile con le tecniche analitiche convenzionali. Mostreremo che questa piattaforma unica di risonanza fotonico-plasmonica � ideale per sfruttare le potenzialit� dei microrisonatori e delle nanostrutture metalliche mentre apre nuove strade verso applicazioni di rilevamento dirompenti, che vanno dal controllo di qualit� dei serbatoi di acqua dolce e il monitoraggio dell�inquinamento marino alla quantificazione dei contaminanti alimentari e rilevamento diretto di biomarcatori nei fluidi biologici.
In questo progetto, combiniamo la spettroscopia con la fotonica per realizzare sonde Raman ultrasensibili per l�analisi di specie chimiche di interesse ambientale in grado di operare direttamente in fase liquida e in un set-up compatto. Gli elementi sensibili sono costituiti da microsfere ottiche di silice fabbricate in laboratorio la cui superficie � funzionalizzata con nanoparticelle metalliche mediante tecniche di immobilizzazione chimica o film metallici nanostrutturati da dewetting allo stato solido. Il rilevamento in tempo reale degli analiti disciolti in un campione liquido pu� essere ottenuto con l�eccitazione �free space� di WGMs in microrisonatori, assistiti da plasmone, ed immersi nel campione liquido: viene sfruttata cos� l�enorme sensibilit� dello scattering Raman potenziato da LSPR su una microsfera eccitata in risonanza per rilevare e identificare specie chimiche in tracce, con limite di rilevamento estremamente basso. L�applicazione killer riguarder� la quantificazione diretta delle nanoplastiche nell�acqua, un raro inquinante chimico di grande preoccupazione nei serbatoi naturali, il cui rilevamento � attualmente irrealizzabile con le tecniche analitiche convenzionali. Mostreremo che questa piattaforma unica di risonanza fotonico-plasmonica � ideale per sfruttare le potenzialit� dei microrisonatori e delle nanostrutture metalliche mentre apre nuove strade verso applicazioni di rilevamento dirompenti, che vanno dal controllo di qualit� dei serbatoi di acqua dolce e il monitoraggio dell�inquinamento marino alla quantificazione dei contaminanti alimentari e rilevamento diretto di biomarcatori nei fluidi biologici.
Risultati scientifici:
1) Automatic Alignment Method for Controlled Free-Space Excitation of Whispering-Gallery Resonances
