Povesti de succes - uefiscdi

Rezonanţe Plasmonice - Să fie Lumină la Scară Nanometrică
4
Rezonanţe Plasmonice - Să fie Lumină la Scară Nanometrică
Plasmon Resonances – Let There Be Light on the Nanoscale
Profesor univ. dr. Simion Aştilean
Universitatea Babeş-Bolyai din Cluj-Napoca
Telefon:+40 264 405300
Fax: +40 264 591906
Email: sastil@phys.ubbcluj.ro
Scurtă prezentare a activităţii de cercetare
Producerea de structuri materiale la scara nanometrică,
având un bun control asupra dimensiunii, formei şi compoziţiei
acestora, a cunoscut o dezvoltare accentuată în ultimele
două decenii. Nanostructurile fabricate prezintă
proprietăţi optice, electrice si magnetice unice pentru care
sunt deosebit de atractive în aplicaţii tehnologice şi biomedicale.
De exemplu, nanoparticulele de aur, pe lângă
avantajul biocompatibilităţii şi specificităţii lor chimice
deosebite, interacţionează puternic cu lumina printr-un
fenomen fizic numit rezonanţă plasmonică (oscilaţii colective
coerente ale electronilor de conducţie la suprafaţa
nanoparticulelor). Excitarea acestor rezonanţe plasmonice
cu radiaţie laser produce prin consecinţă o amplificare importantă
atât a secţiunilor eficace de absorbţie şi împraştiere
a luminii de către moleculele aflate în strictă vecinătate cu
nanoparticulele, cât şi a câmpului electromagnetic care
rezidă la suprafaţa lor sau, în anumite condiţii, a temperaturii
acestora.
Centrul de Nanobiofotonică si Microspectroscopie
Laser, coordonat de către Prof. dr. Simion Aştilean, îşi focalizează
activitatea de cercetare asupra exploatării acestor
rezonanţe plasmonice prin implementarea unui set original
de metode optice şi spectroscopice ultrasensibile de tip “light
in - light out”, strict necesare în detecţia şi imagistica moleculară
la scară nanometrică în medii biologice şi nu numai.
Cercetarea centrului se situează preponderent într-un domeniu
emergent de mare interes ştiinţific internaţional - plasmonica
- situată la interfaţa dintre optică, fotonică,
spectroscopie, fizica solidului, ştiinţa materialelor, chimie şi
nanobiotehnologie.
În acest context Centrul de Nanobiofotonică și Microspectroscopie
Laser îşi desfăşoară cercetările pe următoarele
direcţii:
1) Sinteza, fabricarea şi auto-asamblarea de nanoparticule
de metal nobil, ca atare sau în combinaţie cu structuri
compozite şi hibride (biopolimeri, semiconductori), cu
forme şi dimensiuni controlate de la 2 la 200 nm şi rezonanţe
plasmonice acordate cu radiaţia laser în vizibil şi infraroşu
apropiat (400-2500 nm).
2) Biofuncţionalizarea suprafeţei acestora cu biomolecule
(triptofan, glutation, etc.), proteine şi biopolimeri relevanţi
(PEG, chitosan, albumină, etc).
Brief Presentation of Research Activity
The past two decades have witnessed rapid advances in
the ability to structure matter at the nanoscale with sufficient
degree of control over the material size, shape and composition.
At the nanoscale, materials exhibit unique optical,
electronic, and magnetic properties not seen at the bulk
scale, which makes nanostructures attractive for a wide
range of technological and biomedical applications. As for
example, besides their biocompatibility and surface chemical
properties, gold nanoparticles strongly interact with light,
a phenomenon called plasmon resonance whereby light induces
collective oscillations of conductive metal electrons
at their surface. Excitation of plasmon resonances lead to a
dramatic enhancement of light absorption and scattering
cross-sections for molecules in close vicinity as well as of
the local electromagnetic field bound to the metal surface.
The Nanobiophotonics and Laser Microspectroscopy
Center, directed by Prof. dr. Simion Astilean, focuses its research
on exploiting such plasmon resonances into a novel
‘’light in - light out’’ ultrasensitive spectroscopic methods
to enable molecular detection and imaging in biomedical environment
and not only. The research belongs to plasmonics
- a rapidly emerging field of scientific interest at the interfaces
of optics, photonics, spectroscopy, condensed matter
physics, material science, chemistry and nanobiotechnology.
The key research directions of the center are the following:
1) Synthesis, fabrication and self-assembling of noblemetal
nanoparticles and composites with polymers and semiconductors,
aiming to control their shape and size (2-200
nm) as well as to tune their plasmon resonances into laser radiation
in the visible and near-infrared spectral range (400-
2500 nm).
2) Nanoparticle biofunctionalization by relevant biomolecules
(tryptophan, glutathione, etc.), proteins and
biopolymers (PEG, chitosan, albumine, etc.).
3) Implementation of plasmon-enhanced spectroscopies
and chemical and biological sensing, as for example: Surface
Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), Surface Enhanced
IR Absorption (SEIRA), Metal-Enhanced Fluorescence
(MEF) and Localized Surface Plasmon Resonance sensors
(LSPR).