Quantum-limiet chemische sensorchip stelt snelle, nauwkeurige detectie van sporenstoffen in

Onderzoekers van de University at Buffalo rapporteren een vooruitgang in een chemische sensorschip die kan leiden tot handgehouden apparaten die sporen chemicaliën detecteren — van illegale drugs tot vervuiling — net zo snel als een alcoholtest alcohol identificeert.

De chip kan ook toepassingen hebben in voedselveiligheidsmonitoring, anti-contrefactie, en andere velden waar sporen chemicaliën geanalyseerd worden.

Het werk bouwt voort op eerdere onderzoek door professor Qiaoqiang Gan's lab dat betrof het creëren van een chip die licht vasthoudt aan de randen van goud en zilver nanoparticles. Wanneer biologische of chemische moleculen op het oppervlak van de chip landen, interageert een deel van het gevangen licht met de moleculen en wordt "verspreid" in licht van nieuwe energien. Dit effect treedt op in herkenbare patronen die fungeren als vingerafdrukken van chemische of biologische moleculen, wat informatie onthult over welke stoffen aanwezig zijn.

Omdat alle chemicaliën unieke lichtverspreidingshandtekeningen hebben, kan de technologie uiteindelijk geïntegreerd worden in een handgehouden apparaat voor het detecteren van drugs in bloed, adem, urine, en andere biologische monsters. Het kan ook geïntegreerd worden in andere apparaten om chemicaliën in de lucht of uit water, alsook andere oppervlakken te identificeren. De sensormethode heet surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS).

Hoewel effectief, was de chip die de Gan-groep eerder creëerde niet uniform in zijn ontwerp. Omdat het goud en zilver ongelijkmatig gespaced waren, kon het verspreide moleculen moeilijk te identificeren maken, vooral als ze op verschillende locaties van de chip verschenen. Gan en een team van onderzoekers hebben gewerkt aan het verhelpen van deze tekortkoming.

Het team gebruikte vier moleculen (BZT, 4-MBA, BPT, en TPT), elk met verschillende lengtes, in het fabricageproces om de grootte van de gaten tussen de goud en zilver nanoparticles te controleren. Het bijgewerkte fabricageproces is gebaseerd op twee technieken, atomic layer deposition en self-assembled monolayers, in tegenstelling tot de meer gangbare en dure methode voor SERS-chips, electron-beam lithografie.

Het resultaat is een SERS-chip met uitstekende uniformiteit die relatief goedkoop te produceren is. Belangrijker nog, het benadert quantum-limiet sensing capabilities, zegt Gan — een uitdaging voor conventionele SERS-chips.