I ricercatori dell'Università di Buffalo stanno segnalando un avanzamento di un chip di rilevamento chimico che potrebbe portare a dispositivi portatili in grado di rilevare tracce di sostanze chimiche, dalle droghe illecite all'inquinamento, con la stessa rapidità con cui un etilometro identifica l'alcol.

Il chip, che può anche avere usi nel monitoraggio della sicurezza alimentare, anti-contraffazione e altri campi in cui vengono analizzati i prodotti chimici in tracce, è descritto in uno studio che appare sulla copertina dell'edizione del 17 dicembre della rivista Materiali ottici avanzati .

"C'è una grande necessità di sensori chimici portatili ed economici in molte aree, soprattutto abuso di droghe, ", afferma l'autore principale dello studio Qiaoqiang Gan, dottorato di ricerca, professore di ingegneria elettrica presso la UB School of Engineering and Applied Sciences.

Il lavoro si basa su una precedente ricerca condotta dal laboratorio di Gan che prevedeva la creazione di un chip che intrappola la luce ai bordi delle nanoparticelle d'oro e d'argento.

Quando molecole biologiche o chimiche atterrano sulla superficie del chip, parte della luce catturata interagisce con le molecole e viene "dispersa" nella luce di nuove energie. Questo effetto si verifica in modelli riconoscibili che fungono da impronte digitali di molecole chimiche o biologiche, rivelando informazioni su quali composti sono presenti.

Poiché tutte le sostanze chimiche hanno firme di diffusione della luce uniche, la tecnologia potrebbe eventualmente essere integrata in un dispositivo portatile per rilevare i farmaci nel sangue, respiro, urina e altri campioni biologici. Potrebbe anche essere incorporato in altri dispositivi per identificare le sostanze chimiche nell'aria o dall'acqua, così come altre superfici.

Il metodo di rilevamento è chiamato spettroscopia Raman con superficie potenziata (SERS).

Pur essendo efficace, il chip creato in precedenza dal gruppo Gan non era uniforme nel suo design. Poiché l'oro e l'argento erano distanziati in modo non uniforme, potrebbe rendere difficili da identificare le molecole sparse, soprattutto se sono apparsi in diverse posizioni del chip.

Gan e un team di ricercatori, con membri del suo laboratorio all'UB, e ricercatori dell'Università di Shanghai per la scienza e la tecnologia in Cina, e la King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, hanno lavorato per rimediare a questa mancanza.

Il team ha utilizzato quattro molecole (BZT, 4-MBA, BPT, e TPT), ciascuno con lunghezze diverse, nel processo di fabbricazione per controllare la dimensione degli spazi tra le nanoparticelle d'oro e d'argento. Il processo di fabbricazione aggiornato si basa su due tecniche, deposizione di strati atomici e monostrati autoassemblati, a differenza del metodo più comune e costoso per i chip SERS, litografia a fascio di elettroni.

Il risultato è un chip SERS con un'uniformità senza precedenti che è relativamente economico da produrre. Ma ancora più importante, si avvicina alle capacità di rilevamento del limite quantistico, dice Gan, che era una sfida per i chip SERS convenzionali

"Pensiamo che il chip avrà molti usi oltre ai dispositivi portatili per il rilevamento della droga, "dice il primo autore di quest'opera, Nan Zhang, dottorato di ricerca, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Gan. "Per esempio, potrebbe essere utilizzato per valutare l'inquinamento dell'aria e dell'acqua o la sicurezza degli alimenti. Potrebbe essere utile nei settori della sicurezza e della difesa, e ha un enorme potenziale nell'assistenza sanitaria".