Lấy cảm hứng từ sinh học của các thụ thể mùi hương chó, các nhà khoa học của UC Santa Barbara đã phát triển một con chip có khả năng xác định nhanh chóng lượng vết phân tử hơi
Các thiết bị di động, chính xác và có độ nhạy cao giúp phát hiện hơi từ chất nổ và các chất khác có thể trở nên phổ biến như máy dò khói ở nơi công cộng, nhờ các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Santa Barbara.
Khái niệm minh họa của kênh vi lỏng bề mặt tự do siêu nhỏ khi nó tập trung các phân tử hơi liên kết với các hạt nano bên trong một buồng. Một chùm tia laser phát hiện các hạt nano, khuếch đại một dấu hiệu quang phổ của các phân tử được phát hiện. Tín dụng hình ảnh: UC Santa Barbara.
Các nhà nghiên cứu tại UCSB, dẫn đầu bởi các giáo sư Carl Meinhart về kỹ thuật cơ khí và Martin Moskovits của ngành hóa học, đã thiết kế một máy dò sử dụng công nghệ nano vi lỏng để mô phỏng cơ chế sinh học đằng sau các thụ thể mùi hương chó. Thiết bị này rất nhạy cảm với dấu vết của một số phân tử hơi nhất định và có thể phân biệt một chất cụ thể ngoài các phân tử tương tự.
Chó Chó vẫn là tiêu chuẩn vàng để phát hiện mùi hương của chất nổ. Nhưng giống như một người, một con chó có thể có một ngày tốt hoặc một ngày tồi tệ, mệt mỏi hoặc mất tập trung, Meinhart nói. Meinhart đã phát triển một thiết bị có độ nhạy tương đương hoặc tốt hơn như mũi chó ăn vào máy tính để báo cáo chính xác loại phân tử mà nó phát hiện. Bí mật cho công nghệ của họ, Meinhart giải thích, là sự hợp nhất các nguyên tắc từ kỹ thuật cơ khí và hóa học trong sự hợp tác được thực hiện bởi Viện Công nghệ sinh học hợp tác của UCSB.
Kết quả được công bố trong tháng này trên tờ Phân tích Hóa học cho thấy thiết bị của họ có thể phát hiện các phân tử trong không khí của một hóa chất gọi là 2,4-dinitrotoluene, hơi chính phát ra từ chất nổ dựa trên TNT. Mũi của con người không thể phát hiện ra một lượng nhỏ như vậy của một chất, nhưng những con chó sniffer đã từ lâu đã được sử dụng để theo dõi các loại phân tử này. Công nghệ của họ được lấy cảm hứng từ thiết kế sinh học và kích thước siêu nhỏ của lớp chất nhầy khứu giác chó, giúp hấp thụ và sau đó tập trung các phân tử trong không khí.
Thiết bị có khả năng phát hiện và xác định thời gian thực một số loại phân tử ở nồng độ 1 ppb trở xuống. Độ đặc hiệu và độ nhạy của nó là vô song, tiến sĩ Brian Piorek, cựu sinh viên tiến sĩ cơ khí tại phòng thí nghiệm Meinhart, và nhà khoa học trưởng tại SpectraFluidics, Inc. Công nghệ này đã được cấp bằng sáng chế và độc quyền cho SpectraFluidics, một công ty mà Piorek đồng sáng lập vào năm 2008 với các nhà đầu tư tư nhân.
Dự án nghiên cứu của chúng tôi không chỉ kết hợp các ngành khác nhau để phát triển một cái gì đó mới mà còn tạo ra việc làm cho cộng đồng địa phương và hy vọng mang lại lợi ích cho xã hội nói chung, ông nhận xét Meinhart.
Được đóng gói trên một vi mạch silicon cỡ ngón tay và được chế tạo tại cơ sở phòng sạch hiện đại của UCSB, công nghệ cơ bản kết hợp giữa vi lỏng bề mặt tự do và quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) để thu và nhận dạng các phân tử. Một kênh siêu nhỏ của chất lỏng hấp thụ và tập trung các phân tử lên đến sáu bậc độ lớn. Một khi các phân tử hơi được hấp thụ vào vi mạch, chúng tương tác với các hạt nano khuếch đại chữ ký quang phổ của chúng khi bị kích thích bởi ánh sáng laser. Một cơ sở dữ liệu máy tính có chữ ký quang phổ xác định loại phân tử nào đã bị bắt.
Thiết bị này bao gồm hai phần, Mos giải thích Moskovits. Ở đó, một loại vi mạch, giống như một dòng sông nhỏ mà chúng ta sử dụng để bẫy các phân tử và đưa chúng đến phần khác, một quang phổ kế nhỏ được cung cấp bởi tia laser phát hiện ra chúng. Những vi mạch này nhỏ hơn hai mươi lần so với độ dày của tóc người.
Meinhart cho biết, công nghệ này có thể được sử dụng để phát hiện rất nhiều loại phân tử. Các ứng dụng có thể mở rộng để chẩn đoán bệnh hoặc phát hiện ma túy nhất định, để đặt tên cho một số.
Moskovits nói thêm, bài báo Chúng tôi xuất bản tập trung vào chất nổ, nhưng nó không phải là chất nổ. Nó có thể phát hiện các phân tử từ hơi thở của ai đó có thể chỉ ra bệnh, ví dụ, hoặc thực phẩm đã bị hỏng.
Qua UC Santa Barbara