En enhet som omedelbart kan identifiera okända vätskor baserat på deras ytspänning har valts ut för att ta emot 2013 R&D 100 Award – känd som "The Oscar of Innovation" – från R&D Magazine.

Uppfanns 2011 av ett team av materialforskare och tillämpade fysiker vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard, enheten "Watermark Ink" (W-INK) erbjuder en billig, snabb, och bärbart sätt att utföra kvalitetskontrolltester och upptäcka flytande föroreningar.

W-INK passar i handflatan och kräver ingen strömkälla. Den utnyttjar de kemiska och optiska egenskaperna hos exakt nanostrukturerade material för att särskilja vätskor genom deras ytspänning.

Vinnare av R&D 100 Awards utses av en oberoende jury och av redaktörerna för R&D Magazine, som täcker banbrytande teknologier och innovationer för forskare, ingenjörer, och tekniska experter runt om i världen.

Nu i sitt 51:a år, R&D 100 Awards har länge varit ett riktmärke för excellens för industrisektorer så olika som telekommunikation, högenergifysik, programvara, tillverkning, och bioteknik. R&D 100 Awards har identifierat banbrytande ny teknik som flashcube (1965), kassaautomaten (1973), halogenlampan (1974), faxen (1975), LCD-skärmen (1980), Nicoderm antirökplåster (1992), Taxol anticancerläkemedel (1993), labb på ett chip (1996), och HDTV (1998).

"Visuella kolorimetriska indikatorer, såsom pH-papper eller graviditetstest, har haft stor kommersiell framgång eftersom de är billiga och exceptionellt lätta att använda, säger Joanna Aizenberg, som är Amy Smith Berylson professor i materialvetenskap vid Harvard SEAS och en kärnfakultetsmedlem i Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University. "Vår W-INK-teknik utökar detta koncept kraftigt eftersom den kan upptäcka alla vätskor genom smart designade, kemiskt kodade opaler som avslöjar lätta att känna igen, makroskopiskt distinkta strukturella färgmönster vid vätskeuppsugning."

Aizenberg säger att hon föreställer sig ett brett utbud av industriella och konsumenttillämpningar – till exempel, upptäcka toxiner i ett kemiskt spill; testa alkoholhalter eller kvaliteten på bensin, socker eller koffein; eller skapandet av enkla undervisningsset och leksaker.

Projektet var ett samarbete mellan Aizenberg och Marko Lon?ar, Tiantsai Lin professor i elektroteknik vid SEAS.

Det är andra gången i rad som Aizenbergs team vinner ett R&D 100 Award. Under 2012, hennes forskargrupp erkändes för sin uppfinning av ett extremt lågfriktionsmaterial som heter SLIPS, för "hala, vätskeinfunderade porösa ytor." Inspirerad av kannaväxten, SLIPS motstår vätska, is, och smuts och kan ingå i ett brett utbud av produkter, från medicintekniska produkter till kylskåp.

"Dessa FoU 100-priser är ett bevis på rollen av djärvt vetenskapligt tänkande och tillämpad forskning för att lösa vardagliga utmaningar - i fallet med W-INK, förbättra kvalitetskontroll och säkerhet, " säger Cherry A. Murray, Dekanus vid Harvard SEAS, John A. och Elizabeth S. Armstrong professor i teknik och tillämpad vetenskap, och professor i fysik. "W-INK-tekniken bygger på insikter från kemi, materialvetenskap, optik, självmontering, och nanoteknik för att skapa ett bedrägligt enkelt chip med potential att göra en riktigt stor inverkan."

W-INK-konceptet bygger på ett exakt tillverkat material som kallas en invers opal, en skiktad glasstruktur med ett internt nätverk av beställda, sammankopplade luftporer. Liknande lackmuspapper som används i kemilaboratorier runt om i världen för att detektera pH i en vätska, W-INK-enheten ändrar färg när den möter en vätska med en viss ytspänning. Ett enda chip kan reagera olika på en lång rad ämnen; den är också tillräckligt känslig för att skilja mellan två mycket närbesläktade vätskor.

Att selektivt behandla delar av den omvända opalen med förångade kemikalier och syreplasma skapar variationer i de reaktiva egenskaperna hos porerna och kanalerna, låta en vätska passera samtidigt som andra utesluts. När rätt vätska kommer in i en por, chipet reflekterar ljuset annorlunda, producerar en tydlig förändring i färg.

"Det är fantastiskt att se Joanna och hennes team återigen erkännas för sin behärskning av bioinspirerad design, " säger Wyss grundare Donald Ingber, som också är professor i bioteknik vid Harvard SEAS. "De iriserande ljuseffekterna av omvända opaler finns i hela naturen, från fjärilsvingar till ostronskal – och W-INK utnyttjar dessa designprinciper i en helt ny, innovativt sätt med omedelbar relevans för samhället."

Aizenberg och Lon?ar fick sällskap i den inledande forskningen av Ian B. Burgess (som var doktorand vid Harvard SEAS vid den tiden och nu postdoktor vid Wyss Institute), Lidiya Mishchenko (en doktorand vid SEAS), Matthias Kolle (postdoktor vid SEAS), och Benjamin D. Hatton (forskare vid SEAS och teknikutvecklingsstipendiat vid Wyss Institute).

Vinnare av R&D 100 Awards kommer att erkännas vid en ceremoni i november 2013.