Quantum-Limit naderende chemische detectiechip

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 blaastest alcohol identificeert.

De chip kan ook worden gebruikt bij het toezicht op de voedselveiligheid, de bestrijding van namaak en andere gebieden waar sporenchemicaliën worden geanalyseerd.

Het werk bouwt voort op eerder onderzoek door het laboratorium van professor Qiaoqiang Gan, 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, interageert een deel van het opgevangen licht met de moleculen en wordt het "verstrooid" in het licht van nieuwe energieën. Dit effect treedt op in herkenbare patronen die fungeren als vingerafdrukken van chemische of biologische moleculen, waardoor informatie wordt onthuld over welke verbindingen aanwezig zijn.

Omdat alle chemicaliën unieke lichtverstrooiende kenmerken hebben, zou de technologie uiteindelijk kunnen worden geïntegreerd in een draagbaar 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, was de chip die de Gan-groep eerder maakte niet uniform in zijn ontwerp. Omdat het goud en zilver ongelijk verdeeld waren, konden verspreide moleculen moeilijk te identificeren zijn, vooral als ze op verschillende locaties van de chip verschenen. Gan en een team van onderzoekers 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, elektronenstraallithografie.

Het resultaat is een SERS-chip met een uitstekende uniformiteit die relatief goedkoop te produceren is. Wat nog belangrijker is, het benadert de detectiemogelijkheden van de kwantumlimiet, zegt Gan - een uitdaging voor conventionele SERS-chips.