حسگری با توانایی شناسایی ۵۰۰ اتم آلودگی در قطره آب

به گزارش دانشمندان مؤسسه مهندسی لیزر در دانشگاه اوزاکا یک نمونه اولیه سامانه طیف‌سنجی نوری تراهرتز با ناحیه حسی معادل سطح مقطع فقط پنج تار موی انسان ایجاد کردند. با اندازه‌گیری تغییر در طول موج منبع تابش تراهرتز، می‌توان غلظت حتی کمی از آلاینده‌های محلول را در یک قطره کوچک آب اندازه‌گیری کرد.
این کار ممکن است منجر به ساخت حسگر‌های قابل حمل برای کاربرد‌هایی مانند تشخیص زودهنگام بیماری‌ها، تولید دارو و نظارت بر آلودگی آب شود.
توانایی آزمایش نمونه‌های بیمار در کنار تخت بیمارستان، یا نظارت بر کیفیت آب در مزارع، با یک دستگاه نظارت قابل حمل بسیار جذاب است. با این حال، دستیابی به حساسیت قوی نسبت به غلظت آنالیت‌های مورد نظر می‌تواند دشوار باشد، به خصوص زمانی که نمونه‌ها از حجم‌های بسیار ریز مایع تشکیل شده باشند.
گروهی از محققان دانشگاه اوزاکا از یک منبع تابش اختصاصی تراهرتز در یک تراشه میکروسیال حاوی ساختار فراماده‌ای برای تعیین میزان آلودگی در آب استفاده کرده‌اند.
کازونوری سریتا از محققان این طرح می‌گوید: «با استفاده از این سامانه آزمایشگاه روی تراشه، ما می‌توانیم تغییرات جزئی در غلظت مقادیر کمی از اتانول، گلوکز یا مواد معدنی در آب را با اندازه گیری تغییر در فرکانس‌های تشدید تشخیص دهیم.»
I-design شامل یک نوار فلزی با یک شکاف با ابعاد میکرومتری است که با نوار‌های فلزی دیگر ساندویچ شده است. این آرایه‌های دوره‌ای در یک ردیف از پنج واحد قرار می‌گیرد، که نوعی “متا اتم" را تشکیل می‌دهد، که در آن حداکثر انتقال نوری بر اساس وجود آلودگی مولکول‌های محلول متفاوت است.
این دستگاه یک برنامه کاربردی از فناوری منبع نقطه تراهرتز است که قبلاً در دانشگاه اوزاکا توسعه یافته بود. یک پرتو لیزر فمتو ثانیه پالسی منبع کوچکی از نور تراهرتز ایجاد و یک حالت میدان الکتریکی کاملاً محدود را در مناطق شکاف ایجاد می‌کند. هنگامی که میکروکانال ایجاد شده در فضای بین نوار‌های فلزی با محلول نمونه پر می‌شود، این دستگاه فرکانس رزونانس را اصلاح می‌کند.
ماسایوشی تونوشی، نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «ما موفق شدیم فقط ۴۷۲ اتم از ماده را در محلول‌هایی با حجم کمتر از ۱۰۰ پیکولیتر شناسایی کنیم، که 10 برابر بهتر از تراشه‌های میکروسیال موجود است».
این کار می‌تواند منجر به پیشرفت‌های قابل توجهی در حسگر قابل حمل، هم از نظر حساسیت و هم از نظر مقدار مایع مورد نیاز شود.