การพัฒนาและปรับปรุงประสิทธิภาพของเซนเซอร์แผ่นรองรับขยายสัญญาณรามานชนิดแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์ปรับแต่งด้วยทองสำหรับตรวจพิสูจน์ร่องรอยเพนตะอิรีทริทอลเตตระไนเตรท

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นพัฒนากระบวนการเตรียมเซนเซอร์ที่มีโครงสร้างแบบไฮบริดของอนุภาคนาโนทองตกแต่งอยู่บนโครงสร้างแท่งนาโนซิงค์ออกไซด์แบบอาร์เรย์ (Au-decorated ZnO nanorod (NR); Au/ZnO NRs SERS) แบบหลายชุดด้วยการขยายขนาดของแผ่นรองรับโครงสร้างไฮบริด Au/ZnO NRs เพื่อรองรับการใช้งานในปริมาณที่มากขึ้นได้ โดยพัฒนาเตรียมเซนเซอร์โครงสร้างไฮบริด Au/ZnO NRs ให้มีความเฉพาะเจาะจงกับโมเลกุลของสารระเบิดกลุ่มเพนตะอิรีทริทอลเตตระไนเตรท (pentaerythritol tetranitrate; PETN) งานพัฒนาวิจัยนี้ศึกษาการปรับโครงสร้างบนเทมเพลต ZnO NRs ด้วยเงื่อนไขในการสังเคราะห์สารผ่านกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล ซึ่งได้มีการศึกษาปัจจัยของเวลาที่ใช้ในการสังเคราะห์ในช่วง 3.0-10.0 ชั่วโมง และความเข้มข้นของสารละลายในช่วง 10-50 mM ที่ส่งผลต่อลักษณะโครงสร้างของ ZnO NRs ที่เหมาะสมและสอดคล้องกับอนุภาคนาโนทองที่อยู่ด้านบนของโครงสร้างของ ZnO NRs ที่ใช้เวลาในการเคลือบอนุภาคนาโนทองไม่เกิน 450 วินาที เทมเพลต ZnO NRs และโครงสร้าง Au/ZnO NRs ถูกตรวจสอบลักษณะทางกายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบฟิวอิมิชชันและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน และทดสอบประสิทธิภาพพื้นผิวขยายสัญญาณรามานบนโครงสร้าง Au/ZnO NRs ด้วยเทคนิครามานสเปกโทรสโกปี ซึ่งจากการศึกษาพบว่าเทมเพลตโครงสร้าง ZnO NRs ด้วยการปรับที่เงื่อนไขเวลาเป็น 4.5 ชั่วโมงและใช้ความเข้มข้นของสารละลายเป็น 10 mM เป็นเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดในการเตรียมด้วยกระบวนการไฮโดรเทอร์มอลด้วยเวลาในการเคลือบอนุภาคนาโนทองเท่ากับ 450 วินาที นอกจากนี้ชุดโครงสร้าง Au/ZnO NRs ที่ถูกปรับโดยใช้เวลาในการสังเคราะห์ในช่วง 3.0-10.0 ชั่วโมง (ให้สัญลักษณ์เป็น Geometry A, B, C, D และ D) ทั้ง 5 แบบที่ต่างกัน โดยโครงสร้างทั้ง 5 แบบได้ถูกจำลองด้วยโมเดลทางคณิตศาสตร์โดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์ เพื่อคาดการณ์ค่าสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้น พบว่าตัวอย่าง Geometry B (4.5 ชั่วโมง) แสดงค่าสนามไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 3.32 V/m และตัวอย่างโครงสร้าง Geometry A-E ที่เตรียมขึ้นเป็นจำนวนสามชุดในการทดสอบประสิทธิภาพการขยายสัญญาณรามานได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้สำหรับสารระเบิดประเภทวัตถุพยานชนิด PETN จาก 3 แหล่งที่มาต่างกัน และเตรียมด้วยความเข้มข้นของสารละลายต่างๆ ตั้งแต่ 100 mg/ml ถึง 0.1 µg/ml และวิเคราะห์สารทดสอบโดยหยดลงบนเซนเซอร์พื้นผิวสัญญาณรามานแล้วทำการวิเคราะห์รามานด้วยการเก็บข้อมูลสเปกตรัมด้วยเทคนิคแมพปิ้ง ชุดข้อมูลสเปกตรัมรามานทั้งหมดถูกนำมาวิเคราะห์จัดกลุ่มสาร PETN ของสามแหล่งที่ต่างกันด้วยเทคนิคการวิเคราะห์องค์ประกอบหลักของข้อมูลหลายตัวแปร (principal component analysis; PCA) และการวิเคราะห์ข้อมูลเชิงเส้น (linear discriminant analysis; LDA) ซึ่งผลที่ได้แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างโครงสร้าง Geometry B แสดงการแยกกลุ่มข้อมูลทั้ง 3 แหล่งออกจากกันได้ดีที่สุดด้วยค่าเปอร์เซ็นความแม่นยำในการจัดกลุ่มเท่ากับ 73.47±0.64% และแสดงประสิทธิภาพของ SERS ที่ดีที่สุดที่ความเข้มข้นของสาร PETN เท่ากับ 10-4 g/ml แสดงค่าขีดจำกัดในการตรวจวัดของสารละลาย PETN ได้ถึง 10-7 g/ml ด้วยค่ากำลังการขยายสัญญาณรามานเท่ากับ 3.01×106 ซึ่งด้วยศักยภาพของเซนเซอร์ที่เตรียมขึ้นนี้จึงทำให้สามารถนำไปใช้ตรวจวัดร่องรอยและจำแนกกลุ่มประเภทของสารระเบิด PETN ได้