Universitetet i Buffalo forskare rapporterar om en framsteg för ett kemiskt avkänningschip som kan leda till handhållna enheter som upptäcker spårkemikalier - allt från olagliga droger till föroreningar - så snabbt som en alkometer analyserar alkohol.

Chippet, som också kan ha användningsområden vid övervakning av livsmedelssäkerhet, förfalskning och andra områden där spårkemikalier analyseras, beskrivs i en studie som visas på omslaget till tidningen den 17 december Avancerade optiska material .

"Det finns ett stort behov av bärbara och kostnadseffektiva kemiska sensorer inom många områden, särskilt narkotikamissbruk, "säger studiens huvudförfattare Qiaoqiang Gan, Ph.D., professor i elektroteknik vid UB School of Engineering and Applied Sciences.

Arbetet bygger på tidigare forskning Gans laboratorium ledde med att skapa ett chip som fångar ljus vid kanterna av guld- och silvernanopartiklar.

När biologiska eller kemiska molekyler landar på chipets yta, en del av det fångade ljuset interagerar med molekylerna och "sprids" i ljuset av nya energier. Denna effekt förekommer i igenkännbara mönster som fungerar som fingeravtryck av kemiska eller biologiska molekyler, avslöjar information om vilka föreningar som finns.

Eftersom alla kemikalier har unika ljusspridande signaturer, tekniken kan så småningom integreras i en handhållen enhet för att upptäcka droger i blod, andetag, urin och andra biologiska prover. Det kan också införlivas med andra enheter för att identifiera kemikalier i luften eller från vatten, liksom andra ytor.

Avkänningsmetoden kallas ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS).

Även om det är effektivt, chipet som Gan -gruppen tidigare skapade var inte enhetligt i sin design. Eftersom guld och silver var ojämnt fördelade, det kan göra det svårt att identifiera spridda molekyler, speciellt om de visas på olika platser i chipet.

Gan och ett team av forskare - med medlemmar av hans laboratorium vid UB, och forskare från University of Shanghai för vetenskap och teknik i Kina, och King Abdullah University of Science and Technology i Saudiarabien - har arbetat för att åtgärda denna brist.

Teamet använde fyra molekyler (BZT, 4-MBA, BPT, och TPT), var och en med olika längder, i tillverkningsprocessen för att kontrollera storleken på luckorna mellan guld- och silver -nanopartiklarna. Den uppdaterade tillverkningsprocessen bygger på två tekniker, atomlageravlagring och självmonterade monoskikt, i motsats till den mer vanliga och dyra metoden för SERS -chips, elektronstråle litografi.

Resultatet är ett SERS -chip med oöverträffad enhetlighet som är relativt billigt att producera. Mer viktigt, den närmar sig kvantgränsavkänningsmöjligheter, säger Gan, vilket var en utmaning för konventionella SERS -marker

"Vi tror att chipet kommer att ha många användningsområden förutom handhållna läkemedelsdetekteringsenheter, "säger den första författaren till detta verk, Nan Zhang, Ph.D., en postdoktor i Gans laboratorium. "Till exempel, den kan användas för att bedöma luft- och vattenföroreningar eller livsmedelssäkerhet. Det kan vara användbart inom säkerhets- och försvarssektorerna, och det har en enorm potential inom vården. "