Forskare vid Oregon State University har kombinerat ett av naturens små mirakel, kiselalgen, med en version av bläckstråleskrivare och optisk avkänning för att skapa en exceptionell avkänningsenhet som kan vara upp till 10 miljoner gånger känsligare än vissa andra vanliga metoder.

Ett patent har godkänts på den nya "optofluidic" -teknologin, och resultaten publicerade i tidskriften Nanoskala .

När den implementeras i arbetsenheter, detta tillvägagångssätt kan förbättra biomedicinsk avkänning av biomarkörer för cancer; användas för utomordentligt exakt rättsmedicinskt arbete; rädda liv för militär personal i stridsituationer; upptäcka olagliga droger; eller hjälp att berätta om ekologisk mat verkligen är bekämpningsmedelfri eller inte.

Teknikens enorma känslighet och låga kostnad kan ha oändliga tillämpningar, forskare säger, allt från hälsoövervakning till miljöskydd, biologiska experiment och andra användningsområden.

"Vissa befintliga sensorer kan detektera föreningar i nivåer på en del per miljard, vilket låter ganska bra, men för många ändamål är det inte tillräckligt bra, "sa Alan Wang, en assisterande professor i elektroteknik vid OSU College of Engineering, och motsvarande författare om studien.

"Med detta tillvägagångssätt, vi kan upptäcka vissa typer av föreningar med mindre än en del per biljon, om nivån på en enda molekyl i ett litet prov. Det är verkligen svårt. Förutom sin känslighet, tekniken kan också fungera med extremt små prover, är snabb, och borde vara mycket billigt att använda. "

Detta system kombinerar avancerad optik med ett flytande system för att identifiera föreningar. Med de flesta konventionella system av denna typ, vätskor måste flyta över en yta, och detta begränsar transporten av specifika molekyler som du kanske vill identifiera, Sa Wang.

Kiselalgerna i denna nya teknik, dock, fungera som naturliga "fotoniska kristaller". De utnyttjar konvektionskrafterna mot diffusion för att hjälpa till att accelerera och koncentrera molekyler i ett utrymme där fotoner från optiska sensorer kan fastna, interagera med och identifiera föreningen genom optiska signaturer.

"En kiselgur är en naturlig, levande typ av växtplankton som skapar mycket exakt, små strukturer, "Sa Wang." När vätskor läggs på den med noggrant kontrollerade bläckstråleskrivare, dropparna avdunstar snabbt, men, i processen, bära molekylerna av intresse till diatomatomytan. Detta är nyckeln till att öka känsligheten för de fotoniska mätningarna. "

Sensortekniken, forskare säger, kan snabbt och exakt identifiera vilka föreningar som finns, och ungefär hur mycket.

I en demonstration i denna forskning, forskarna försökte identifiera trinitrotoluen, eller TNT, en av de vanliga ingredienserna i sprängladdningar - inklusive de dolda gruvorna som har orsakat många skador och dödsfall i stridsituationer. TNT är en kemikalie med mycket låg flyktighet, vilket betyder att den har begränsad avdunstning, och relativt få molekyler slipper undan som kan möjliggöra upptäckt. I en dold bomb, det är svårt att hitta.

Denna nya teknik var en miljon gånger mer känslig för att identifiera TNT än andra vanliga metoder, Sa Wang. En monitor baserad på detta tillvägagångssätt, som kan vara snabb och exakt i militära situationer, kan en dag hjälpa till att rädda liv, han sa.