Příprava a charakterizace nanostrukturovaných kovových povlaků pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii

• Název práce v češtině: Příprava a charakterizace nanostrukturovaných kovových povlaků pro povrchem zesílenou Ramanovu spektroskopii
• Název v anglickém jazyce: Synthesis and characterization of nanostructured metal coatings for surface-enhanced Raman spectroscopy
• Klíčová slova: nanomateriály|SERS|plasmonické vrstvy
• Klíčová slova anglicky: nanomaterials|SERS|plasmonic coatings
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Ondřej Kylián, Ph.D.
• Řešitel: Šimon Kapusta - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 02.12.2024
• Datum zadání: 04.12.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 04.12.2024
• Konzultanti: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. Seznámit se s magnetronovým naprašováním kovů a metodami analýzy morfologie a optických vlastností kovových nanostruktur.
2. Detailní studium vlivu tloušťky nanášené kovové vrstvy a teploty použité pro její následný ohřev na morfologii a optické vlastnosti výsledných nanomateriálů.
3. Ověřit SERS-aktivitu připravovaných plazmonických nanomateriálů pro vybranou modelovou biomolekulu.

Seznam odborné literatury

1. M. Procházka, Surface-enhanced Raman spectroscopy, Bioanalytical, Biomolecular and Medical Applications, Springer, 2016.
2. M. Ohring, Materials Science of Thin Films: Depositon and Structure, Academic Press, 1992.

Aktuální časopisecká literatura týkající se přípravy kovových nanostruktur a SERS detekce.

Předběžná náplň práce

Nutnost detekce nejrůznějších druhů biomolekul v lékařství, pří vývoji nových léčiv, ochraně životního prostředí či v potravinářském průmyslu vedla k prudkému rozvoji pokročilých detekčních metod. Důležité místo mezi nimi zaujímají techniky založené na Ramanovu rozptylu, které umožňují jak kvalitativní, tak i kvantitativní nedestruktivní analýzu vzorků. Nicméně citlivost Ramanovy spektroskopie je omezená malým množstvím neelasticky Ramanovsky rozptýlených fotonů, což umožňuje detekci jen látek o relativně velkých koncentracích. Jednou z možností, jak výrazným způsobem zesílit Ramanův signál je povrchem zesílená Ramanova spektroskopie (SERS). V tomto případě dochází k enormnímu zesílení Ramanova rozptylu studované molekuly navázané na vhodný nanostrukturovaný povrch, nejčastěji na bázi plazmonických kovů (stříbro, zlato). SERS aktivita plazmonických nanomateriálů však velmi silně závisí na jejich morfologii. Z tohoto důvodu je tedy přirozeně nutné pro optimalizaci SERS-aktivních povrchů vyvinout metody, které by umožnili efektivní přípravu nanomateriálů s vhodnou morfologií.

Cílem této bakalářské práce bude otestovat možnost přípravy plazmonických kovových nanostruktur pomocí dvoukrokové metody založené na magnetronovém naprašování kovové vrstvy a jejím následném ohřevu. Bude studován vliv množství deponovaného kovu a teploty ohřevu na morfologii a plazmonické vlastnosti připravovaných materiálů. Pro vybrané plazmonické povrchy bude následně ověřena jejich SERS aktivita na modelové biomolekule.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The need to detect various types of biomolecules in medicine, in the development of new drugs, in environmental protection or food industry has led to the rapid development of advanced detection methods. Among them, an important role is played by techniques based on Raman scattering, which enable both qualitative and quantitative non-destructive analysis of samples. However, the sensitivity of Raman spectroscopy is limited by the small amount of inelastically scattered Raman photons, which allows the detection of only substances with relatively large concentrations. One of the ways to significantly amplify the Raman signal is surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). In this case, there is an enormous enhancement of the Raman scattering of the studied molecule attached to a suitable nanostructured surface, most often based on plasmonic metals (silver, gold). However, the SERS activity of plasmonic nanomaterials depends very strongly on their morphology. For this reason, to optimize the SERS performance of a substrate it is necessary to develop methods that would enable the efficient preparation of nanomaterials with a suitable morphology.

The aim of this bachelor's thesis will be to test the possibility of preparing plasmonic metal nanostructures using a two-step method based on magnetron sputtering of a metal layer and its subsequent heating. The influence of the amount of deposited metal and the heating temperature on the morphology and plasmonic properties of the prepared materials will be studied. For selected plasmonic surfaces, their SERS activity on model biomolecules will subsequently be verified.