Ratkaisuja pintavahvistetun Raman-spektroskopian hapettumis- ja toistettavuusongelmiin

Väitös fysiikan alalta
Väittelijä: FM Antti Matikainen
Aika ja paikka: 10.2.2017, 12.00, F100, Futura, Joensuun kampus

Filosofian maisteri Antti Matikainen tutkii väitöskirjassaan erilaisia metallisia nanorakenteita, nanorakenteiden valmistusmenetelmiä ja niiden hyödyntämistä pintavahvistetussa Raman-spektroskopiassa.

Raman-spektroskopia on valoon perustuva mittausmenetelmä, jossa mitataan näytteestä epäelastisesti sironnutta valoa eli niin sanottua Raman-sirontaa. Raman-spektroskopian avulla voidaan määrittää tutkittavan aineen kemiallinen koostumus, mitä voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi huumausaineiden tai lääkeväärennösten tunnistamisessa.

Raman-sironta on kuitenkin ilmiönä hyvin heikko, minkä takia sitä pitää vahvistaa, mikäli kemiallinen analyysi halutaan suorittaa näytteille, joissa mitattavien aineiden pitoisuudet ovat pieniä. Yksi suosituimmista vahvistusmenetelmistä on niin sanottu pintavahvistettu Raman-spektrokopia, jossa Raman-sirontaa vahvistetaan metallisten nanorakenteiden ja pintaplasmonien avulla. Nanorakenteiden ja pintaplasmonien avulla saavutettu vahvistus parantaa mittausherkkyyttä parhaimmillaan niin paljon, että mittauksissa on mahdollista havaita yksittäisiä molekyylejä.

Vaikka pintavahvistettua Raman-spektroskopiaa on tutkittu paljon, ei se kuitenkaan ole mittausmenetelmänä yleistynyt, koska sen käyttöön liittyy tiettyjä teknisiä ongelmia. Ensinnäkin nanorakenteiden valmistus vaatii tyypillisesti kalliita laitteita, minkä takia nanorakenteiden valmistuskustannukset nousevat korkeiksi. Toisekseen nanorakenteissa käytettävä hopea hapettuu nopeasti, joka tuhoaa niiden vahvistusominaisuudet ja lyhentää rakenteiden käyttöikää merkittävästi. Lisäksi saavutettava vahvistus on usein huonosti toistettavaa.

Matikaisen väitöskirjassa tutkitaan erilaisia ratkaisuja yllä mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi. Väitöstyössä on kehitetty erilaisia menetelmiä, joilla nanorakenteiden valmistus voidaan suorittaa mahdollisimman yksinkertaisesti ja kustannustehokkaasti. Toistettavuusongelmaa on lähestytty pyrkimällä kontrolloimaan rakenteiden dimensioita mahdollisimman tarkkaan käyttämällä hyödyksi muun muassa atomikerroskasvatusta.

Väitöstutkimuksessa myös osoitetaan, että hopean nopea hapettuminen vaikuttaa sekä saavutettuun vahvistukseen että mittaustoistettavuuteen huomattavasti aiemmin oletettua enemmän. Lisäksi työssä on esitetty hopean hapettumisen estämiseksi uudenlainen ratkaisu, missä nanorakenteita ei valmisteta suoraan hopeasta, vaan valoherkästä hopeakloridista, joka voidaan tarvittaessa muuttaa metalliseksi hopeaksi valon avulla.

FM Antti Matikaisen fysiikan alan väitöskirja Studies on the oxidation and repeatability issues of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) (Tutkimuksia pintavahvistetun Raman-spektroskopian hapettumis- ja toistettavuusongelmista) tarkastetaan Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii professori Jürgen Popp, Leibniz Institute of Photonic Technology, Jena, ja kustoksena professori Pasi Vahimaa, Itä-Suomen yliopisto.

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa https://kuvapankki.uef.fi/A/UEF+kuvahakemisto/11004?encoding=UTF-8

Takaisin tämän vuoden artikkeleihin