(Phys.org)—Forskare vid Imperial College London har utvecklat ett system för att snabbt upptäcka spårmängder av kemikalier som föroreningar, sprängämnen eller illegala droger.

Det nya systemet kan välja ut en enda målmolekyl från 10 000 biljoner vattenmolekyler inom millisekunder, genom att fånga den på ett självmonterande enda lager av guldnanopartiklar.

Teamet av forskare, alla från Institutionen för kemi på Imperial, säg att den här tekniken öppnar vägen för att utveckla enheter som är kompakta, återanvändbar och lätt att montera, och kan ha en rad användningsområden, inklusive att upptäcka illegala droger, explosiva varor, föroreningar i floder eller nervgaser som släpps ut i luften. Resultaten av forskningen publiceras denna vecka i Naturmaterial .

I en potentiell användning, en sådan anordning skulle kunna upptäcka små spår av sprängämnen eller andra olagliga ämnen som lämnats efter av brottslingar på ytorna de vidrör. De framsteg som gjorts av detta team skulle hjälpa brottsbekämpare att identifiera och hantera sådana aktiviteter som involverar illegala ämnen.

Forskningsmedförfattare, Michael Cecchini, sa:"Vårt system skulle kunna lösa ett nyckelproblem med tillförlitliga och bärbara kemiska tester för användning i omvärlden. Det är mycket känsligt och kan mycket väl användas för att leta efter mycket små mängder av en specifik molekyl även i upptagen, allmänna utrymmen."

Målmolekylerna identifieras av en effekt som kallas Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) av ljus. Denna teknik, som har funnits sedan slutet av 1970-talet, fungerar eftersom varje molekyl sprider ljus på ett unikt sätt. Tidigare forskning har visat att signalen kan förstärkas genom att fånga molekyler på ett speciellt sätt på ett lager av metallnanopartiklar. Dock, dessa ark är komplicerade att tillverka.

Forskarna övervann detta problem genom att ta itu med gränssnitt mellan två vätskor som inte blandas, som vatten och olja, eller vatten- och luftgränssnitt. Genom att manipulera den elektriska laddningen av guldnanopartiklarna och lösningens sammansättning, de kunde skapa en situation där partiklarna ställer upp sig vid gränsytan mellan de två icke-blandbara vätskorna, eller mellan en vätska och luften.

"Knepet för att uppnå detta systems känslighet för målmolekylerna var att hitta de förhållanden vid vilka nanopartiklar skulle slå sig ner vid gränssnittet på nära avstånd till varandra utan att smälta samman", kommenterade en annan medförfattare Jack Paget.

Om nanopartiklarna störs, de återställer sig spontant på rätt sätt gör enheten mer robust än de som tillverkats av stelt arrangerade partiklar. Forskningsmedförfattare, Vladimir Turek, sa:"Systemet visar verkligen lovande för detektorer för användning i tuffa utomhusmiljö- och försvarstillämpningar, eftersom vätskorna och nanopartiklarna enkelt kan bytas ut för att regenerera enheten."