L’ablazione laser ultraveloce è un campo in rapida evoluzione delle interazioni laser-materiale. Gli impulsi laser ad alta intensità con durate di impulso nell’intervallo da femtosecondi (fs) a picosecondi (ps) vengono utilizzati per generare un’ablazione precisa del materiale. Rispetto agli impulsi laser a nanosecondi (ns), gli impulsi laser ps possono ablare i materiali con maggiore precisione e accuratezza grazie alla loro minore durata dell’impulso. Possono generare meno danni collaterali, detriti e contaminazione del materiale ablato a causa di minori effetti termici. Tuttavia, i laser ps sono in genere più costosi dei laser ns e richiedono competenze specializzate per il funzionamento e la manutenzione. Gli impulsi laser ultraveloci consentono un controllo preciso della deposizione di energia, che porta a danni termici altamente localizzati e ridotti al minimo al materiale circostante. Inoltre, l’ablazione laser ultraveloce può portare alla generazione di nanomateriali unici (ad esempio, tensioattivi/agenti di copertura non sono obbligatori durante la produzione di nanomateriali). Pertanto, possiamo definirlo un metodo di sintesi/fabbricazione verde ^1,2,3. I meccanismi dell’ablazione laser ultraveloce sono intricati. La tecnica coinvolge diversi processi fisici, come (a) l’eccitazione elettronica, (b) la ionizzazione e (c) la generazione di un plasma denso, che si traduce nell’espulsione di materiale dalla superficie⁴. L’ablazione laser è un semplice processo in un’unica fase per produrre nanoparticelle (NP) ad alta resa, distribuzione dimensionale stretta e nanostrutture (NS). Naser et ^al.5 hanno condotto una revisione dettagliata dei fattori che influenzano la sintesi e la produzione di NP attraverso il metodo di ablazione laser. La revisione ha riguardato vari aspetti, come i parametri di un impulso laser, le condizioni di messa a fuoco e il mezzo di ablazione. La revisione ha anche discusso il loro impatto sulla produzione di un’ampia gamma di NP utilizzando il metodo di ablazione laser in liquido (LAL). I nanomateriali ad ablazione laser sono materiali promettenti, con applicazioni in vari campi come la catalisi, l’elettronica, il rilevamento e le applicazioni biomediche e di scissione dell’acqua 6,7,8,9,10,11,12,13,14.

Lo scattering Raman potenziato dalla superficie (SERS) è una potente tecnica di rilevamento analitico che migliora significativamente il segnale Raman dalle molecole sonda/analita adsorbite su NS/NP metalliche. SERS si basa sull’eccitazione delle risonanze plasmoniche di superficie in NP/NS metalliche, che si traduce in un aumento significativo del campo elettromagnetico locale vicino alle nano-caratteristiche metalliche. Questo campo potenziato interagisce con le molecole adsorbite sulla superficie, migliorando significativamente il segnale Raman. Questa tecnica è stata utilizzata per rilevare vari analiti, tra cui coloranti, esplosivi, pesticidi, proteine, DNA e farmaci^15,16,17. Negli ultimi anni, sono stati compiuti progressi significativi nello sviluppo di substrati SERS, tra cui l’uso di NP^{metallici di} forma diversa 18,19 (nanorod, nanostar e nanowires), NS ibridi^20,21 (una combinazione del metallo con altri materiali come Si^22,23, GaAs 24, Ti 25, grafene 26, MOS ₂^27, Fe ²⁸, ecc.), nonché substrati flessibili^29,30 (carta, stoffa, nanofibra^, ecc.). Lo sviluppo di queste nuove strategie nei substrati ha aperto nuove possibilità per l’utilizzo di SERS in varie applicazioni in tempo reale.

Questo protocollo discute la fabbricazione di NP Ag utilizzando un laser ps a diverse lunghezze d’onda e NP in lega Ag-Au (con diversi rapporti di target Ag e Au) fabbricate utilizzando la tecnica di ablazione laser in acqua distillata. Inoltre, le micro/nanostrutture di silicio vengono create utilizzando un laser fs sul silicio nell’aria. Queste NP e NS sono caratterizzate utilizzando l’assorbimento ultravioletto (UV)-visibile, la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), la diffrazione di raggi X (XRD) e la microscopia elettronica a scansione a emissione di campo (FESEM). Inoltre, viene discussa la preparazione dei substrati SERS e delle molecole di analita, seguita dalla raccolta degli spettri Raman e SERS delle molecole di analita. L’analisi dei dati viene eseguita per determinare il fattore di miglioramento, la sensibilità e la riproducibilità delle NP/NS ad ablazione laser come potenziali sensori. Inoltre, vengono discussi i tipici studi SERS e vengono valutate le prestazioni SERS dei substrati ibridi. In particolare, è stato scoperto che la sensibilità SERS delle promettenti nanostelle d’oro può essere migliorata di circa 21 volte utilizzando silicio strutturato al laser invece di superfici piane (come Si/vetro) come base.