Lo ha fatto un team di ricercatori guidati da ingegneri dell'Università di Buffalo a New York (UB). sviluppato un dispositivo ottico che ha il potenziale per aumentare notevolmente la sensibilità e l’efficacia delle attuali tecniche di rilevamento di droga ed esplosivi.
La rete universitaria (TUN) ha parlato con Qiaoqiang Gan, professore associato di ingegneria elettrica presso la Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate dell'UB e autore principale di questo studio, sull'importanza del nuovo dispositivo.
Il nuovo dispositivo è molto più efficace
Gli attuali metodi per rilevare residui di farmaci o esplosivi su vari materiali implicano la spettroscopia, che esamina l’interazione tra il particolato e varie forme di onde luminose. Una delle forme più accurate di spettroscopia è la “spettroscopia di assorbimento a infrarossi”, che viene utilizzata per trovare i metaboliti dei farmaci nel flusso sanguigno di un individuo, nonché per rilevare particelle di materiale esplosivo nell'aria. Il problema è che oggi i dispositivi sono in grado di assorbire solo circa il 3% della luce infrarossa.
Secondo Gan, la nuova tecnologia è più efficace degli attuali dispositivi ottici utilizzati per la spettroscopia. "Abbiamo sviluppato una struttura di intrappolamento della luce in grado di comprimere la luce infrarossa in spazi inferiori a 5 nm con un'efficienza molto elevata (ovvero circa l'81% misurato nel nostro esperimento), risultando in un campo luminoso localizzato molto forte", ha affermato Gan. La capacità della nuova tecnologia di assorbire l'81% della luce infrarossa è sconcertante, dato l'assorbimento del XNUMX% dei dispositivi oggi in uso.
Come funziona il nuovo dispositivo?
Fondamentalmente, il dispositivo è costituito da due fogli di metallo pressati insieme con un po' di isolamento in mezzo. Utilizzando una tecnica nota come “distribuzione dello strato atomico”, il gruppo di ricerca è stato in grado di comprimere i due fogli di metallo così strettamente insieme che lo spazio tra loro era largo solo cinque nanometri.
"In questo caso, lo spettro di assorbimento dell'infrarosso di sostanze chimiche o biomolecole può essere migliorato in modo significativo in modo da poter risolvere le molecole bersaglio in modo più accurato", ha detto Gan, spiegando l'importanza di ridurre lo spazio tra le due lamiere. “Abbiamo dimostrato l’applicazione di questa luce compressa utilizzando un processo noto come spettroscopia di assorbimento infrarosso potenziato dalla superficie (SEIRA). Il sensore, che funge da substrato per i materiali esaminati, aumenta la sensibilità dei dispositivi SEIRA per rilevare le molecole con una risoluzione da 100 a 1,000 volte maggiore rispetto ai risultati precedentemente riportati”.
Questi risultati suggeriscono che Gan e il suo team hanno fatto un importante passo avanti nella ricerca sulla spettroscopia. Tuttavia, il dispositivo ottico non è ancora pronto per la produzione in serie, poiché questi dispositivi ottici sono costosi e difficili da produrre.
Gan è entusiasta delle prospettive future dell'invenzione, pur riconoscendo la strada da percorrere prima che questa tecnologia possa entrare in un uso diffuso. "Il biochip ultrasensibile è attualmente in fase di ricerca e sviluppo", ha affermato Gan. “Stiamo sviluppando un metodo di produzione a basso costo e su vasta scala con il supporto della National Science Foundation. Se questa barriera sui costi di produzione potrà essere risolta in 3-5 anni, lavoreremo sulla commercializzazione di questa tecnologia”.
Una volta che i costi associati allo sviluppo di questi dispositivi ottici potranno essere ridotti, inizierà la produzione commerciale e questo nuovo dispositivo ottico diventerà probabilmente il gold standard nella spettroscopia a infrarossi.
La carta è pubblicato nella Biblioteca in linea Wiley.
Il gruppo di ricerca comprende anche Dengxin Ji, Alec Cheney, Nan Zhang, Haomin Song e Xie Zeng dell'UB, Jun Gao e Suhua Jiang dell'Università Fudan in Cina, Haifeng Hu della Northeastern University in Cina e Zongfu Yu dell'Università del Wisconsin. , Madison.
