(Phys.org)—Wetenschappers van het Imperial College London hebben een systeem ontwikkeld om snel sporen van chemicaliën zoals verontreinigende stoffen, explosieven of illegale drugs.

Het nieuwe systeem kan binnen milliseconden een enkel doelmolecuul uit 10.000 biljoen watermoleculen kiezen, door het te vangen op een zelfassemblerende enkele laag gouden nanodeeltjes.

Het team van wetenschappers, allemaal van de afdeling scheikunde van Imperial, zeggen dat deze technologie de weg vrijmaakt om apparaten te ontwikkelen die compact zijn, herbruikbaar en eenvoudig te monteren, en kan een scala aan toepassingen hebben, waaronder het opsporen van illegale drugs, explosieven, verontreinigende stoffen in rivieren of zenuwgassen die vrijkomen in de lucht. Resultaten van het onderzoek worden deze week gepubliceerd in Natuurmaterialen .

In een mogelijk gebruik, zo'n apparaat zou minuscule sporen van explosieven of andere illegale stoffen kunnen detecteren die door criminelen zijn achtergelaten op de oppervlakken die ze aanraken. De vorderingen van dit team zouden wetshandhavers helpen om dergelijke activiteiten met illegale stoffen te identificeren en aan te pakken.

Onderzoek co-auteur, Michael Cecchini, zei:"Ons systeem zou een belangrijk probleem van betrouwbare en draagbare chemische testen voor gebruik in de buitenwereld kunnen oplossen. Het is erg gevoelig en zou goed kunnen worden gebruikt om te zoeken naar zeer kleine hoeveelheden van een specifiek molecuul, zelfs in drukke, publieke ruimtes."

De doelmoleculen worden geïdentificeerd door een effect genaamd Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) van licht. Deze techniek, die al bestaat sinds het einde van de jaren 70, werkt omdat elk molecuul licht op een unieke manier verstrooit. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het signaal kan worden versterkt door moleculen op een bepaalde manier op een laag metalen nanodeeltjes te vangen. Echter, deze platen zijn complex om te vervaardigen.

De wetenschappers hebben dit probleem overwonnen door te werken met grensvlakken van twee vloeistoffen die niet mengen, zoals water en olie, of water en lucht interface. Door de elektrische lading van de gouden nanodeeltjes en de samenstelling van de oplossing te manipuleren, ze waren in staat om een ​​situatie te creëren waarin de deeltjes zich op één lijn bevinden op het grensvlak tussen de twee niet-mengbare vloeistoffen, of tussen een vloeistof en de lucht.

"De truc om de gevoeligheid van dit systeem voor de doelmoleculen te bereiken, was het vinden van de omstandigheden waaronder nanodeeltjes op korte afstand van elkaar op het grensvlak zouden neerslaan zonder samen te smelten", merkte een andere co-auteur Jack Paget op.

Als de nanodeeltjes worden verstoord, ze schikken zich spontaan op de juiste manier terug en maken het apparaat robuuster dan die gemaakt van star gerangschikte deeltjes. Onderzoek co-auteur, Vladimir Turek, zei:"Het systeem is veelbelovend voor detectoren voor gebruik in ruwe buitenomgevingen en defensietoepassingen, omdat de vloeistoffen en nanodeeltjes gemakkelijk kunnen worden vervangen om het apparaat te regenereren."