Onderzoekers van de Oregon State University hebben een van de kleine wonderen van de natuur gecombineerd, de diatomeeën, met een versie van inkjetprinten en optische detectie om een ​​uitzonderlijk detectieapparaat te creëren dat tot 10 miljoen keer gevoeliger kan zijn dan sommige andere veelgebruikte benaderingen.

Er is een patent goedgekeurd op de nieuwe "optofluidic" technologie, en de bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift nanoschaal .

Wanneer geïmplementeerd in werkende apparaten, deze benadering zou de biomedische detectie van kankerbiomarkers kunnen verbeteren; worden gebruikt voor buitengewoon nauwkeurig forensisch werk; het leven van militairen redden in gevechtssituaties; illegale drugs detecteren; of helpen bepalen of biologisch voedsel echt pesticidenvrij is of niet.

De enorme gevoeligheid en lage kosten van de technologie kunnen eindeloze toepassingen hebben, onderzoekers zeggen, variërend van gezondheidsmonitoring tot milieubescherming, biologische experimenten en andere toepassingen.

"Sommige bestaande sensoren kunnen verbindingen detecteren met niveaus van één deel per miljard, dat klinkt best goed, maar voor veel doeleinden is dat niet goed genoeg, " zei Alan Wang, een OSU-assistent-professor elektrotechniek aan het OSU College of Engineering, en corresponderende auteur van het onderzoek.

“Met deze aanpak we kunnen sommige soorten verbindingen detecteren met minder dan één deel per biljoen, ongeveer het niveau van een enkel molecuul in een klein monster. Dat is echt moeilijk. Afgezien van zijn gevoeligheid, de technologie kan ook werken met ultrakleine monsters, is snel, en zou zeer goedkoop in gebruik moeten zijn."

Dit systeem combineert geavanceerde optica met een vloeistofsysteem om verbindingen te identificeren. Bij de meeste conventionele systemen van dit type, vloeistoffen moeten over een oppervlak stromen, en dit beperkt het transport van specifieke moleculen die je misschien wilt identificeren, zei Wang.

De diatomeeën in deze nieuwe technologie, echter, fungeren als natuurlijke "fotonische kristallen". Ze gebruiken de krachten van convectie tegen diffusie om moleculen te helpen versnellen en concentreren in een ruimte waar fotonen van optische sensoren vast kunnen komen te zitten, interageren met en identificeren van de verbinding door middel van optische handtekeningen.

"Een diatomee is een natuurlijke, levend type fytoplankton dat zeer nauwkeurig, kleine structuren, Wang zei. "Als er vloeistoffen op worden gedeponeerd met zorgvuldig gecontroleerde inkjetapparaten, de druppeltjes verdampen snel, maar, in het proces, dragen de moleculen van belang naar het diatomeeënoppervlak. Dit is de sleutel om de gevoeligheid van de fotonische metingen te vergroten."

De sensortechnologie, onderzoekers zeggen, kan snel en nauwkeurig identificeren welke verbindingen aanwezig zijn, en ongeveer hoeveel.

In een demonstratie in dit onderzoek, de wetenschappers probeerden trinitrotolueen te identificeren, of TNT, een van de gebruikelijke ingrediënten in explosieven - inclusief de verborgen mijnen die talloze verwondingen en doden hebben veroorzaakt in gevechtssituaties. TNT is een chemische stof met een zeer lage vluchtigheid, wat betekent dat het een beperkte verdamping heeft, en er ontsnappen relatief weinig moleculen die detectie mogelijk maken. In een verborgen bom, het is moeilijk te vinden.

Deze nieuwe technologie was een miljoen keer gevoeliger voor het identificeren van TNT dan andere gangbare benaderingen, zei Wang. Een monitor op basis van deze aanpak, die snel en nauwkeurig kan zijn in militaire situaties, moge op een dag levens helpen redden, hij zei.