U radu se po prvi puta primijenilo svojstvo tzv. fotonskog nanomlaza za pojačanje rezolucije i signala mapiranja u Ramanovoj spektroskopiji pomoću mehanički učvršćene mikrosfere, a konstruirana izvedba učvršćene mikrosfere prijavljena je i kao patent.

Ramanova spektroskopija nezaobilazna je metoda karakterizacije tvari u laboratoriju i na terenu, no zbog malog udarnog presjeka Ramanovog raspršenja, odziv je vrlo slabog intenziteta. Stoga su razvijene brojne metode pojačanja ove spektroskopske tehnike, od kojih je među najnovijima metoda koja koristi fotonski nanomlaz mikrosfere.

Fotonski nanomlaz (photonic nanojet – PNJ) izrazito je uzak i intenzivan snop svjetlosti koji nastaje uslijed obasjavanja dielektrične mikrosfere laserskim snopom ili ravnim valom svjetlosti. PNJ je zadobio pozornost znanstvenika od 2004. godine i našao je primjenu u raznim područjima. Da bi se iskoristio kao metoda pojačanja Ramanovog raspršenja pod mikroskopom, mikrosfere odgovarajućeg materijala i veličine potrebno je dovesti na površinu uzorka koji se istražuje te fokusirati upadni laserski snop iz mikroskopskog objektiva odgovarajuće širine i valne duljine kroz mikrosferu na uzorak.

Mikrosfere se deponiraju na uzorak kapanjem na podlogu, čime se njihove lokacije ne mogu kontrolirati. Međutim, na taj način moguće je prikupiti spektre samo izoliranih lokacija uzorka točno ispod mikrosfera.

Rad fizičara predstavlja novi pristup i izvedbeno rješenje u kontroliranju lokacije mikrosfere, na način da se mikrosfera pričvrsti na vrh stanjenog optičkog vlakna koje je stabilizirano drugim, okomito pričvršćenim stanjenim vlaknom, a pozicija se regulira mikropozicijskim podijima.

doktorand Vlatko Gašparić mag. phys., dr. sc. Davor Ristić, dr. sc. Hrvoje Gebavi i dr. sc. Mile Ivanda

Inovacija je nazvana Two stemmed microsphere (TSMS). Korištenjem učvršćenja mikrosfere TSMS izvedbom, izbjegava se onečišćenje uzorka kapanjem tisuća mikrosfera, a mikrosferu je moguće dovesti na bilo koje mjesto na uzorku te održati pod upadnim snopom dok se uzorak pomiče. Drugim riječima, omogućuje se korištenje pojačanja fotonskog nanomlaza za ramansko mapiranje.

Rezultati istraživanja pokazali su tri puta bolju rezoluciju mapiranih površina, te četiri puta jači intenzitet signala spektara korištenjem TSMS-a s kvarcnom mikrosferom promjera 5 µm, u odnosu na isti eksperimentalni postav bez učvršćene mikrosfere. Eksperimentalna saznanja podržana su analitičkim simulacijama, za što su autori razvili računalni program na temelju Generalizirane Lorenz-Mie teorije upada laserske gausijanske zrake na mikrosferu. TSMS inovacija, te povezane varijante kontroliranja mikrosfere, prijavljene su i kao patent Državnom zavodu za intelektualno vlasništvo Republike Hrvatske.

Navedeni rezultati otvorili su novi put na području mapiranja u Ramanovoj spektroskopiji, čime je stvoren temelj za daljnje usavršavanje i usvajanje TSMS inovacije, kao i drugih inovacija za kontroliranje mikrosfere i upotrebe fotonskog nanomlaza.