Квантово-лимитный чип химического сенсора обеспечивает быстрый, точный детект слепых соединений

Исследователи Буффало университета сообщают об достижении в чипе химического сенсирования, который может привести к портативным устройствам, обнаруживающим слепые химикаты — от нелегальных наркотиков до загрязнения — так же быстро, как алкотестер идентифицирует алкоголь.

Чип также может иметь применение в мониторинге безопасности пищевых продуктов, антиконтрафактной защите и других областях, где анализируются слепые химикаты.

Работа строится на предыдущих исследованиях лаборатории профессора Цзяоцянь Ганя, связанных с созданием чипа, задерживающего свет на краях наночастиц золота и серебра. Когда биологические или химические молекулы попадают на поверхность чипа, часть захваченного света взаимодействует с молекулами и «рассеивается» в свет новых энергий. Этот эффект происходит в узнаваемых паттернах, действующих как отпечатки пальцев химических или биологических молекул, раскрывая информацию о том, какие соединения присутствуют.

Поскольку все химикаты имеют уникальные сигнатуры рассеяния света, технология может в конечном счете быть интегрирована в портативное устройство для обнаружения наркотиков в крови, дыхании, моче и других биологических образцах. Она также может быть включена в другие устройства для идентификации химикатов в воздухе или из воды, а также с других поверхностей. Метод сенсирования называется поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопией (SERS).

Хотя эффективный, чип, созданный группой Ган ранее, не был единообразен в своем дизайне. Поскольку золото и серебро были распределены неравномерно, это могло затруднить идентификацию рассеянных молекул, особенно если они появлялись в разных местах чипа. Ган и команда исследователей работали над устранением этого недостатка.

Команда использовала четыре молекулы (BZT, 4-MBA, BPT и TPT), каждая с разной длиной, в процессе фабрикации для контроля размера зазоров между наночастицами золота и серебра. Обновленный процесс фабрикации основан на двух техниках — атомно-слоевом осаждении и самоорганизованных монослоях, в отличие от более распространенного и дорогого метода для SERS-чипов — электронно-лучевой литографии.

Результатом является SERS-чип с отличной однородностью, который относительно недорог в производстве. Что еще важнее, он приближается к квантово-лимитным сенсорным возможностям, говорит Ган — вызов для конвенциональных SERS-чипов.