Quantenlimit-Chemiesensor-Chip ermöglicht schnelle, präzise Detektion von Spurenstoffen

Forscher der University at Buffalo berichten über einen Fortschritt bei einem chemischen Sensorschip, der zu Handheld-Geräten führen könnte, die Spurenchemikalien – von illegalen Drogen bis zu Verschmutzung – so schnell detektieren wie ein Alkoholtest Alkohol identifiziert.

Der Chip könnte auch Anwendungen in Lebensmittelsicherheitsüberwachung, Anti-Fälschung und anderen Bereichen haben, in denen Spurenchemikalien analysiert werden.

Die Arbeit baut auf vorheriger Forschung von Professor Qiaoqiang Gans Labor auf, die die Erstellung eines Chips beinhaltete, der Licht an den Rändern von Gold- und Silbernanopartikeln einfängt. Wenn biologische oder chemische Moleküle auf der Chipoberfläche landen, interagiert ein Teil des eingefangenen Lichts mit den Molekülen und wird in Licht neuer Energien „gestreut“. Dieser Effekt tritt in erkennbaren Mustern auf, die als Fingerabdrücke chemischer oder biologischer Moleküle fungieren und Informationen darüber liefern, welche Verbindungen vorhanden sind.

Da alle Chemikalien einzigartige Lichtstreuungssignaturen haben, könnte die Technologie schließlich in ein Handheld-Gerät zur Detektion von Drogen in Blut, Atem, Urin und anderen biologischen Proben integriert werden. Sie könnte auch in andere Geräte eingebaut werden, um Chemikalien in der Luft, aus Wasser oder von anderen Oberflächen zu identifizieren. Die Sensormethode heißt Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS).

Obwohl effektiv, war der Chip, den die Gan-Gruppe zuvor erstellte, nicht einheitlich im Design. Da Gold und Silber ungleichmäßig beabstandet waren, konnte dies gestreute Moleküle schwer identifizierbar machen, besonders wenn sie an verschiedenen Stellen des Chips auftauchten. Gan und ein Forscherteam arbeiten daran, diesen Mangel zu beheben.

Das Team verwendete vier Moleküle (BZT, 4-MBA, BPT und TPT), jeweils mit unterschiedlichen Längen, im Fertigungsprozess, um die Größe der Lücken zwischen den Gold- und Silbernanopartikeln zu kontrollieren. Der aktualisierte Fertigungsprozess basiert auf zwei Techniken: Atomic Layer Deposition und Self-Assembled Monolayers, im Gegensatz zur häufigeren und teureren Methode für SERS-Chips, Elektronenstrahllithografie.

Das Ergebnis ist ein SERS-Chip mit exzellenter Gleichmäßigkeit, der relativ kostengünstig herzustellen ist. Noch wichtiger: Er nähert sich Quantenlimit-Sensing-Fähigkeiten an, sagt Gan – eine Herausforderung für konventionelle SERS-Chips.