Исследователи из Университета Буффало сообщают об усовершенствовании химического сенсорного чипа, который может привести к появлению портативных устройств, обнаруживающих следы химикатов — от запрещенных наркотиков до загрязнения — так же быстро, как алкотестер обнаруживает алкоголь.
Чип, который также может использоваться в мониторинге безопасности пищевых продуктов, борьбе с подделкой и других областях, где анализируются следовые химические вещества, описан в исследовании, опубликованном в журнале Advanced Optical Materials от 17 декабря.
«Существует большая потребность в портативных и экономичных химических датчиках во многих областях, особенно в области злоупотребления наркотиками, — говорит ведущий автор исследования Цяоцян Ган, доктор философии, профессор электротехники в Школе инженерии и прикладных наук UB.
Работа основана на предыдущем исследовании под руководством Гана, которое включало создание чипа, улавливающего свет на краях наночастиц золота и серебра.
Когда биологические или химические молекулы приземляются на поверхность чипа, часть захваченного света взаимодействует с молекулами и «рассеивается» в свет новой энергии. Этот эффект проявляется в узнаваемых образцах, которые действуют как отпечатки химических или биологических молекул, раскрывая информацию о том, какие соединения присутствуют.
Поскольку все химические вещества обладают уникальными характеристиками светорассеяния, технология в конечном итоге может быть интегрирована в портативное устройство для обнаружения наркотиков в крови, дыхании, моче и других биологических образцах. Он также может быть включен в другие устройства для идентификации химических веществ в воздухе или из воды, а также на других поверхностях.
Этот метод измерения называется спектроскопией комбинационного рассеяния с усилением поверхности (SERS).
Хотя ранее созданный группой Гана чип был эффективным, он не был однородным по своей конструкции. Поскольку золото и серебро были расположены неравномерно, это могло затруднить идентификацию рассеянных молекул, особенно если они появлялись в разных местах чипа.
Ган и группа исследователей, в которую входят сотрудники его лаборатории в UB, исследователи из Шанхайского университета науки и технологий в Китае и Университета науки и технологий короля Абдаллы в Саудовской Аравии, работают над исправлением этого недостатка.
Команда использовала четыре молекулы (BZT, 4-MBA, BPT и TPT), каждая с разной длиной, в процессе изготовления, чтобы контролировать размер зазоров между наночастицами золота и серебра. Обновленный процесс производства основан на двух методах, осаждении атомных слоев и самоорганизующихся монослоях, в отличие от более распространенного и дорогостоящего метода для чипов SERS — электронно-лучевой литографии.
В результате получается чип SERS с беспрецедентной однородностью, производство которого относительно недорогое. Что еще более важно, он приближает возможности измерения квантового предела, говорит Ган, что было проблемой для обычных чипов SERS.
«Мы думаем, что чип найдет множество применений в дополнение к портативным устройствам обнаружения наркотиков», — говорит первый автор этой работы, Нань Чжан, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Гана. «Например, его можно использовать для оценки загрязнения воздуха и воды или безопасности пищевых продуктов. Это может быть полезно в секторах безопасности и обороны, и оно имеет огромный потенциал в области здравоохранения».
