Onderzoekers van de Okayama University beschrijven in het tijdschrift: Optica Express het gebruik van Terahertz (THz) chemische microscopie om de pH te meten van oplossingen op waterbasis met een volume zo klein als 16 nL. De bevindingen zijn belangrijk om pH-concentraties in kleine volumeoplossingen te kunnen meten voor klinische en omgevingsanalyses.

Voor klinisch en milieuonderzoek en monitoring is het belangrijk om pH-concentraties in oplossingen met een klein volume te kunnen meten. Echter, conventionele systemen die worden gebruikt om de concentratie van ionen te meten, vereisen het gebruik van referentie-elektroden die uiteindelijk het volume van de oplossing verminderen, een limiet instellen voor het minimale volume dat kan worden geanalyseerd.

Nutsvoorzieningen, Dr.Toshihiko Kiwa en collega's van de Graduate School of Natural Science and Technology aan de Okayama University, Japan, demonstreerde het gebruik van Terahertz (THz) chemische microscopie om de pH te meten van op water gebaseerde oplossingen met een volume zo klein als 16 nL. De resultaten zijn gepubliceerd in Optica Express . Dit type microscoop heeft een detectieplaat met microputjes met een patroon die de oplossing bevatten; een ultrasnelle laserpuls gericht op de detectieplaat genereert een fotostroom met ultrasnelle modulatie die, beurtelings, zendt THz-straling uit in de vrije ruimte. Omdat de amplitude van de THz-straling afhangt van de concentratie van ionen in de microputjes, deze methode opent de mogelijkheid om de concentratie van ionen in beeld te brengen zonder de noodzaak van het gebruik van elektroden. Dit maakt het mogelijk om volumes oplossing te meten die te klein zouden zijn voor conventionele methoden.

De THz chemische microscoop, die in 2007 door dezelfde groep werd ontwikkeld, is voorzien van een halfgeleidende (silicium) dunne film gemonteerd op een saffiersubstraat dat fungeert als de sensorplaat. Er vormt zich van nature een oxidelaag op de siliciumfilm, het verschaffen van een isolerende laag tussen het siliciumoppervlak en de oplossing. De onderzoekers voegden een hars toe bovenop de oxidelaag en gebruikten conventionele fotolithografische technieken om er microputjes in te modelleren, het verkrijgen van putten met een volume van 16 nL. Ze optimaliseerden ook de laserpulsen om het signaal te stabiliseren, en het integreren van deze methode in de microscoop maakt deel uit van de volgende stappen die de onderzoekers willen nemen.

Nadenken over de toekomstige richtingen die het team wil verkennen, de auteur zegt dat "we de integratie zullen proberen voor multi-ion-sensing en het verkleinen van de laserspotgrootte om de nauwkeurigheid van THz-chemische microscopie te verbeteren."