Design and realization of nanoelectromechanical and plasmonic devices for raman spectro-microscopy

Lo sviluppo di nano-dispositivi per la misura di molecule biologiche e non biologiche ਠuno dei campi pi๠importanti e in via di sviluppo della nanotecnologia. La possibilità  di studiare cellule in vivo e di capirne le caratteristiche a livello molevolare ha contribuito enormemente all'avanzamento degli studi biologici negli ultimi decenni. Fra le tecniche pi๠utilizzate, le Scanning Probe Microscopies (SPM) hanno una speciale rilevanza: sono non distruttive, con una bassa perturbazione dei sistemi studiati e permettono misure in aria e in liquido. Tali tecniche tuttavia non permettono il riconoscimento chimico, aspetto importante nello spiegare molti meccanismi cellulari. Una delle spettroscopie pi๠utilizzate a tale scopo ਠil Raman, che permette il riconoscimento delle specie chimiche senza danneggiare i campioni ed ਠstato ampiamente utilizzato in molti studi biologici. Una combinazione di una tecnica SPM e della spettroscopia Raman ਠil Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS): la stessa punta ਠusata per ricostruire le proprietà  meccaniche e per illuminare localmente il campione per estrarne informazioni chimiche. Tale combinazione rende il TERS uno strumento molto potente per lo studio di strutture nanometriche. In questo lavoro di tesi abbiamo esplorato la possibilità  di realizzare una punta TERS basata su un nanofilo in materiale semiconduttore cresciuto epitassialmente sulla punta di un cantilever per AFM. Il dispositivo, compatibile con le strumentazioni AFM disponibili sul mercato, ha come scopo lo sfruttamento della risonanza plasmonica creata nella particella metallica presente sulla cima del nanofilo: il segnale Raman puಠessere potenziato sfruttando il campo elettrico molto intenso creato in questo modo. | 910 | Abstract Nel primo capitolo si introduce le basi della tecnica AFM e vengono presentati due studi compiuti su cellule mesoteliali tramite questa microscopia. Nel secondo capitolo vengono presentati i nanofili in silicio: sono riportati i risultati ottenuti nella crescita di tali strutture, quindi vengono analizzate la citotossicità  e la proliferazione di cellule su substrati di nanofili di silicio. Misure di microscpettroscopia Raman su nanofili di GaAs sono riportate nel capitolo 3: ਠstato studiato il cambiamento di struttura cristallina di tali nanofili dovuta a procedimenti di riscaldamenti controllati. Il capitolo 4 affronta lo studio delle proprietà  SERS di nanofili di materiali e strutture diverse; sono presentati risultati sperimentali e calcoli ottenuti tramite simulazioni ad elementi finiti (FEA). Infine nel capitolo 5 presentiamo un innovativo procedimento per la fabbricazione di punte TERS a singolo nanofilo. In Appendice sono presentate brevemente le tecniche fabbricative usate durante il lavoro di tesi.