Study and realization of optical sensors based on gold nanostructures

Studio e realizzazione di sensori ottici basati su nanostrutture di oro L’obiettivo di questa tesi sperimentale è quello di creare e testare un sensore ottico a basso costo e facilmente riproducibile, per l’analisi veloce dell’acqua. L’analisi deve essere in grado di riconoscere i principali contaminanti organici dell’acqua per determinare se lo stato dell’acqua è buono oppure è necessaria un’azione per migliorare la qualità dell’acqua. La tesi è stata sviluppata nell’ambito del progetto RaPID finanziato dalla NATO SPS, coordinato dal Politecnico di Torino, in collaborazione con L’Universitat de Barcelona e Aalto Univeristy di Helsinki in cui sono stati condotti alcuni esperimenti. Il sensore si basa su una lettura ottica in spettroscopia Raman. Per ottenere un segnale Raman amplificato diversi substrati basati su nanostrutture d’oro sono stati prodotti e testati. In particolar modo, il processo di produzione dei substrati è semplice e facilmente scalabile a livello industriale perché basato su un processo Wet chemistry. Il substrato è prodotto partendo da un campione di vetro flat pulito, questo viene funzionalizzato con APTMS, un amino-silano che permette di creare un legame forte con vetro da un lato e oro dall’altro. Dopo di che si fanno depositare delle nanoparticelle d’oro di 10 nm sul substrato. Queste verranno poi fatte crescere a seconda della forma finale. In questo lavoro, tre diverse forme sono state analizzate: Gold nanospheres Gold nanostars Gold naoforest Le ultime due, avendo una geometria anisotropa, offrono la possibilità di migliorare ulteriormente il segnale Raman grazie all’effetto di rafforzamento del campo elettrico in prossimità di punte. Per quanto riguarda i contaminanti, di particolare interesse sono erbicidi e pesticidi che vengono spesso usati in agricoltura e attraverso il terreno raggiungono le falde acquifere, per cui possono causare un notevole pericolo per la salute se in quantità superiori a quelle minime imposte dalla legge. In questo lavoro, i substrati sono stati testati con Thiram e Sudan III, rispettivamente un fungicida e un pesticida. I risultati delle analisi sono positivi in quanto è risultato possibile rilevare una concentrazione di contaminante ben al di sotto del µM. Inoltre, questo risultato può essere ulteriormente migliorato se si funzionalizza la superficie delle nanoparticelle con Grafene.