Detta diagram illustrerar hur en ny sensorteknologi utvecklad vid Oregon State University kan fungera med magnetiska pärlor. (Grafik med tillstånd av Oregon State University)
Forskare vid Oregon State University har hittat ett sätt att använda magnetiska "nanokulor" för att upptäcka kemiska och biologiska ämnen, med möjliga tillämpningar inom allt från bioterrorism till medicinsk diagnostik, miljöövervakning eller till och med vatten- och livsmedelssäkerhet.
När den är fullt utvecklad som en handhållen, bärbar sensor, som något du kan se i en science fiction-film, det kommer att tillhandahålla ett helt diagnostiskt laboratorium på ett enda chip.
Forskningen kan revolutionera storleken, hastighet och noggrannhet för kemiska detektionssystem runt om i världen.
Nya fynd om denna "mikrofluidiska sensor" rapporterades nyligen i Sensorer och ställdon , en professionell tidning, och universitetet söker patent på relaterade teknologier. Samarbetsstudierna leddes av Vincent Remcho, en OSU-professor i kemi, och Pallavi Dhagat, en biträdande professor vid OSU School of Electrical Engineering and Computer Science.
Nyckeln, forskare säger, utnyttjar förmågan hos ferromagnetiska järnoxidnanopartiklar – utomordentligt små rostbitar. Användningen av sådana partiklar i det nya systemet kan inte bara detektera kemikalier med känslighet och selektivitet, men de kan integreras i ett system av integrerade kretsar för att omedelbart visa resultaten.
"Partiklarna vi använder är 1, 000 gånger mindre än de som nu används i vanliga diagnostiska tester, tillåta en enhet att vara portabel och användas i fält, sa Remcho, som också är biträdande dekanus för forskning och forskarutbildning vid OSU College of Science.
"Lika viktigt, dock, är att dessa nanopartiklar är gjorda av järn, " sade han. "På grund av det, vi kan använda magnetism och elektronik för att få dem att även fungera som en signalanordning, för att ge oss omedelbar tillgång till tillgänglig information."
Enligt Dhagat, detta bör resultera i en kraftfull avkänningsteknik som är snabb, exakt, billig, massproducerbar, och liten nog att hålla i handen.
"Detta kan helt förändra världen av kemiska analyser, " sa Dhagat.
Ny teknik utvecklad vid Oregon State University använder ferromagnetiska "nanobeads" för att utveckla en kraftfull, liten ny typ av sensor. (Grafik med tillstånd av Oregon State University)
Befintliga analyser är ofta besvärliga och tidskrävande, använda biokemiska sonder som kräver dyr utrustning, expertpersonal eller ett komplext laboratorium för att upptäcka eller tolka.
I det nya tillvägagångssättet, små nanopartiklar kan fästas vid dessa biokemiska sonder, tagga med för att se vad de hittar. När en kemikalie av intresse upptäcks, en "ferromagnetisk resonans" används för att vidarebefordra informationen elektroniskt till en liten dator och informationen visas omedelbart för användaren. Inga speciella tunna filmer eller komplex bearbetning krävs, men detekteringsförmågan är fortfarande extremt känslig och exakt.
Väsentligen, systemet kan användas för att upptäcka nästan allt av intresse i luft eller vatten. Och användningen av det som är vanligt, rostigt järn bör hjälpa till att ta itu med säkerhetsfrågor i den resulterande nanoteknologiska produkten.
Snabb upptäckt av kemiska toxiner som används i bioterrorism skulle vara möjlig, inklusive sådana bekymmer som mjältbrand, ricin eller smittkoppor, där omedelbart, noggranna och mycket känsliga tester skulle behövas. Delvis av den anledningen, arbetet har fått stöd av ett fyraårigt anslag från Army Research Laboratory, i samarbete med Oregon Nanoscience and Microtechnologies Institute.
Dock, rutinmässig och förbättrad övervakning av kommersiell vattenrening och vattenförsörjning skulle kunna eftersträvas, tillsammans med andra behov inom miljöövervakning, lastinspektioner, biomedicinska tillämpningar inom forskning eller medicinsk vård, läkemedelstestning, eller till och med vanligare användningsområden inom livsmedelssäkerhet.
Andra OSU-forskare som arbetar med detta projekt inkluderar Tim Marr, en doktorand i elektroteknik, och Esha Chatterjee, en doktorand i kemi.
Konceptet har bevisats i den senaste studien, forskare säger, och arbetet fortsätter med mikrofluidikforskning för att göra tekniken robust och hållbar för långvarig användning inom fältet.
