I ricercatori dell'Oregon State University hanno combinato uno dei piccoli miracoli della natura, la diatomea, con una versione di stampa a getto d'inchiostro e rilevamento ottico per creare un dispositivo di rilevamento eccezionale che può essere fino a 10 milioni di volte più sensibile di altri approcci comunemente usati.

Approvato un brevetto sulla nuova tecnologia "optofluidica", e i risultati pubblicati sulla rivista Nanoscala .

Quando implementato in dispositivi funzionanti, questo approccio potrebbe migliorare il rilevamento biomedico dei biomarcatori del cancro; essere utilizzato per lavori forensi di straordinaria precisione; salvare la vita del personale militare in situazioni di combattimento; rilevare droghe illegali; o aiuta a capire se il cibo biologico è davvero privo di pesticidi o meno.

L'enorme sensibilità e il basso costo della tecnologia possono avere infinite applicazioni, i ricercatori dicono, che vanno dal monitoraggio della salute alla protezione dell'ambiente, esperimenti biologici e altri usi.

"Alcuni sensori esistenti possono rilevare composti a livelli di una parte per miliardo, che suona abbastanza bene, ma per molti scopi non è abbastanza buono, " ha detto Alan Wang, un assistente professore OSU di ingegneria elettrica presso l'OSU College of Engineering, e corrispondente autore dello studio.

"Con questo approccio, possiamo rilevare alcuni tipi di composti a meno di una parte per trilione, circa il livello di una singola molecola in un piccolo campione. È davvero difficile. Al di là della sua sensibilità, la tecnologia può funzionare anche con campioni ultra-piccoli, è veloce, e dovrebbe essere molto economico da usare."

Questo sistema combina un'ottica avanzata con un sistema fluidico per identificare i composti. Con la maggior parte dei sistemi convenzionali di questo tipo, i fluidi devono scorrere su una superficie, e questo limita il trasporto di molecole specifiche che potresti voler identificare, ha detto Wang.

Le diatomee in questa nuova tecnologia, però, agiscono come "cristalli fotonici" naturali. Sfruttano le forze di convezione contro la diffusione per aiutare ad accelerare e concentrare le molecole in uno spazio in cui i fotoni dei sensori ottici possono rimanere intrappolati, interagire con e identificare il composto attraverso firme ottiche.

"Una diatomea è un naturale, tipo vivente di fitoplancton che crea molto precisi, minuscole strutture, " Wang ha detto. "Quando i liquidi vengono depositati su di esso con dispositivi a getto d'inchiostro accuratamente controllati, le goccioline evaporano rapidamente, ma, nel processo, portano le molecole di interesse sulla superficie delle diatomee. Questa è la chiave per aumentare la sensibilità delle misurazioni fotoniche".

La tecnologia dei sensori, i ricercatori dicono, può identificare rapidamente e con precisione quali composti sono presenti, e approssimativamente quanto.

In una dimostrazione in questa ricerca, gli scienziati hanno cercato di identificare il trinitrotoluene, o TNT, uno degli ingredienti comuni nei dispositivi esplosivi, comprese le mine nascoste che hanno causato numerosi feriti e morti in situazioni di battaglia. Il TNT è una sostanza chimica a bassissima volatilità, il che significa che ha un'evaporazione limitata, e relativamente poche molecole fuoriescono che potrebbero consentire il rilevamento. In una bomba nascosta, è difficile da trovare.

Questa nuova tecnologia era un milione di volte più sensibile nell'identificare il TNT rispetto ad altri approcci comuni, ha detto Wang. Un monitor basato su questo approccio, che potrebbe essere veloce e preciso in situazioni militari, possa un giorno aiutare a salvare vite, Egli ha detto.