Химический сенсорный чип, приближающийся к квантовому пределу

Исследователи из Университета Буффало сообщают об усовершенствовании чипа для обнаружения химических веществ, который может привести к созданию портативных устройств, обнаруживающих химические вещества в следовых количествах — от запрещенных наркотиков до загрязнения окружающей среды — так же быстро, как алкотестер определяет алкоголь.

Чип также может использоваться для мониторинга безопасности пищевых продуктов, борьбы с контрафактной продукцией и в других областях, где анализируются следовые количества химических веществ.

Работа основана на предыдущих исследованиях лаборатории профессора Цяоцян Ганя, в ходе которых был создан чип, улавливающий свет на краях наночастиц золота и серебра. Когда биологические или химические молекулы приземляются на поверхность чипа, часть захваченного света взаимодействует с молекулами и «рассеивается» в свет новых энергий. Этот эффект проявляется в узнаваемых узорах, которые действуют как отпечатки пальцев химических или биологических молекул, раскрывая информацию о том, какие соединения присутствуют.

Поскольку все химические вещества обладают уникальными светорассеивающими сигнатурами, эта технология в конечном итоге может быть интегрирована в портативное устройство для обнаружения наркотиков в крови, выдыхаемом воздухе, моче и других биологических образцах. Он также может быть включен в другие устройства для определения химических веществ в воздухе или воде, а также на других поверхностях. Метод зондирования называется рамановской спектроскопией с усилением поверхности (SERS).

Несмотря на свою эффективность, чип, созданный ранее группой Гана, не был однородным по своей конструкции. Поскольку золото и серебро были расположены неравномерно, это могло затруднить идентификацию разбросанных молекул, особенно если они находились в разных местах чипа. Ган и группа исследователей работают над устранением этого недостатка.

Команда использовала четыре молекулы (BZT, 4-MBA, BPT и TPT), каждая из которых имеет разную длину, в процессе изготовления, чтобы контролировать размер промежутков между наночастицами золота и серебра. Обновленный процесс изготовления основан на двух методах:осаждении атомных слоев и самособирающихся монослоях, в отличие от более распространенного и дорогого метода для чипов SERS, электронно-лучевой литографии.

В результате получается чип SERS с превосходной однородностью, который относительно недорог в производстве. По словам Гана, что еще более важно, он приближается к возможностям обнаружения с квантовым пределом, что является проблемой для обычных чипов SERS.