Niewielkie, bardzo czułe urządzenie zdolne do natychmiastowego wykrywania trotylu i innych substancji opracowane zostało przez specjalistów amerykańskich. Informację o tym przynosi magazyn „Analytical Chemistry".
W niedalekiej przyszłości urządzenie może stać się równie powszechne jak dziś czujniki dymu.
Mechanika i chemia
Badania podstawowe były prowadzone przez interdyscyplinarny zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Zespołem kierowali profesorowie Carl Meinhart (specjalista mechaniki) i Martin Moskovits (chemik). W skład grupy badaczy wchodzili m.in. dr Brian Piorek i dr Seung-Joon Lee. Projekt badawczy był finansowany przez uniwersytet oraz Army Research Office i Agencję Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych (DARPA).
W wyniku tych badań naukowcy opracowali czujnik, który wykorzystuje nanotechnologię. Działanie urządzenia naśladuje sposób funkcjonowania receptorów węchowych psiego nosa. Urządzenie jest bardzo wrażliwe na śladowe ilości określonych cząsteczek w oparach.
– Psy są nadal złotym standardem do wykrywania zapachów materiałów wybuchowych. Ale pies, tak jak człowiek, może mieć dobry lub zły dzień, może być zmęczony, zdekoncentrowany – powiedział prof. Meinhart. – Opracowaliśmy urządzenie równie czułe lub nawet czulsze niż psi nos, a na komputerze od razu widzimy, jaki rodzaj cząsteczek został wykryty. Kluczem do tej technologii jest połączenie mechaniki i chemii.
Urządzenie może rozpoznać w powietrzu cząsteczki substancji chemicznej o nazwie 2,4-dinitrotoluen uwalnianych z materiałów wybuchowych na bazie trotylu. Ludzki nos nie wykrywa śladowych ilości takich substancji, ale psy są od dawna używane do ich wykrywania.
Wzmocnienie laserem
– Urządzenie potrafi w czasie rzeczywistym identyfikować niektóre typy cząsteczek w stężeniu 1 ppb (ilość cząsteczek związku chemicznego przypadająca na miliard cząsteczek rozpuszczalnika) – powiedział dr Brian Piorek, szef naukowy w firmie SpectraFluidics Inc. – Czułość urządzenia jest niezrównana.
Dr Piorek, który brał udział w badaniach na uniwersytecie, w roku 2008 założył wraz z prywatnymi inwestorami firmę SpectraFluidics, która posiada jedyną licencję na wykorzystanie technologii opracowanej i opatentowanej przez zespół badaczy.
Wytworzone w sterylnie czystym laboratorium Uniwersytetu Kalifornijskiego urządzenie wklejone jest do niewielkiego mikroczipa. Do identyfikacji cząsteczek zastosowany został zminiaturyzowany spektrometr Ramana. Mikrokanaliki – istotna część urządzeń – wypełnione płynem absorbują cząsteczki i koncentrują je. Gdy cząsteczki oparów są zatrzymywane w mikrokanalikach, w wyniku ich interakcji z nanocząsteczkami płynu, wzmacniany jest ich widmowy obraz wzbudzany światłem lasera. Komputerowa baza sygnatur widmowych w mgnieniu oka identyfikuje, jakie cząsteczki zostały schwytane.
– Mikrokanaliki są jak małe rzeczki, których używamy do wychwytywania cząsteczek i prezentowania ich przed minispektrometrem – wyjaśnia prof. Moskovits. Te mikrokanaliki są 20 razy mniejsze niż grubość ludzkiego włosa.
Choroba w oddechu
Naukowcy skoncentrowali się na poszukiwaniu wykrywacza materiałów wybuchowych, ale zbudowali urządzenie uniwersalne.
– Nasz projekt badawczy nie tylko łączy różne dyscypliny razem, aby stworzyć zupełnie coś nowego, daje również szanse na liczne miejsca pracy dla lokalnej społeczności – skomentował Meinhart. – Mamy nadzieję, że przyniesie korzyści dla ogółu społeczeństwa.
Za pomocą urządzenia można np. w czyimś oddechu wykryć cząsteczki, które mogą wskazywać na chorobę lub na przykład sprawdzać, czy przechowywana długo żywność się nie popsuła. – Technologia ta może być stosowana do wykrywania bardzo różnorodnych cząsteczek – przekonuje prof. Meinhart. – Choćby do diagnozowania niektórych chorób lub wykrywania narkotyków.
