Onderzoekers van de Universiteit van Buffalo melden een vooruitgang van een chemische detectiechip die zou kunnen leiden tot draagbare apparaten die sporenchemicaliën detecteren - alles van illegale drugs tot vervuiling - zo snel als een breathalyzer alcohol identificeert.

de chip, die ook kunnen worden gebruikt bij het toezicht op de voedselveiligheid, anti-namaak en andere gebieden waar sporenchemicaliën worden geanalyseerd, wordt beschreven in een studie die op de omslag van de 17 december editie van het tijdschrift verschijnt Geavanceerde optische materialen .

"Er is op veel gebieden een grote behoefte aan draagbare en kosteneffectieve chemische sensoren, vooral drugsgebruik, " zegt de hoofdauteur van de studie, Qiaoqiang Gan, doctoraat, hoogleraar elektrotechniek aan de UB School of Engineering and Applied Sciences.

Het werk bouwt voort op eerder onderzoek dat Gan's lab leidde, waarbij een chip werd gemaakt die licht vangt aan de randen van gouden en zilveren nanodeeltjes.

Wanneer biologische of chemische moleculen op het oppervlak van de chip landen, een deel van het opgevangen licht interageert met de moleculen en wordt "verstrooid" in licht van nieuwe energieën. Dit effect treedt op in herkenbare patronen die fungeren als vingerafdrukken van chemische of biologische moleculen, onthullende informatie over welke verbindingen aanwezig zijn.

Omdat alle chemicaliën unieke lichtverstrooiende kenmerken hebben, de technologie zou uiteindelijk kunnen worden geïntegreerd in een handheld-apparaat voor het detecteren van drugs in bloed, adem, urine en andere biologische monsters. Het kan ook worden ingebouwd in andere apparaten om chemicaliën in de lucht of uit water te identificeren, evenals andere oppervlakken.

De detectiemethode wordt oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie (SERS) genoemd.

Hoewel effectief, de chip die de Gan-groep eerder maakte, was niet uniform van ontwerp. Omdat het goud en zilver ongelijk verdeeld was, het kan verstrooide moleculen moeilijk te identificeren maken, vooral als ze op verschillende locaties van de chip verschenen.

Gan en een team van onderzoekers, met leden van zijn lab aan de UB, en onderzoekers van de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie in China, en King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië - hebben gewerkt om deze tekortkoming te verhelpen.

Het team gebruikte vier moleculen (BZT, 4-MBA, BPT, en TPT), elk met verschillende lengtes, in het fabricageproces om de grootte van de openingen tussen de gouden en zilveren nanodeeltjes te regelen. Het bijgewerkte fabricageproces is gebaseerd op twee technieken, atomaire laagafzetting en zelf-geassembleerde monolagen, in tegenstelling tot de meer gebruikelijke en duurdere methode voor SERS-chips, elektronenbundellithografie.

Het resultaat is een SERS-chip met ongekende uniformiteit die relatief goedkoop te produceren is. Belangrijker, het benadert de detectiemogelijkheden van de kwantumlimiet, zegt Gan, wat een uitdaging was voor conventionele SERS-chips

"We denken dat de chip veel toepassingen zal hebben naast draagbare drugsdetectieapparatuur, " zegt de eerste auteur van dit werk, Nan Zhang, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker in het lab van Gan. "Bijvoorbeeld, het zou kunnen worden gebruikt om lucht- en waterverontreiniging of de veiligheid van voedsel te beoordelen. Het kan nuttig zijn in de veiligheids- en defensiesectoren, en het heeft een enorm potentieel in de gezondheidszorg."