Terinspirasi oleh biologi reseptor aroma anjing, para ilmuwan UC Santa Barbara mengembangkan sebuah chip yang mampu dengan cepat mengidentifikasi sejumlah kecil molekul uap
Perangkat portabel, akurat, dan sangat sensitif yang menghirup uap dari bahan peledak dan zat lain bisa menjadi biasa seperti detektor asap di tempat umum, terima kasih kepada para peneliti di University of California, Santa Barbara.
Ilustrasi konsep saluran mikrofluida permukaan-bebas-mikro karena ia mengonsentrasikan molekul-molekul uap yang berikatan dengan partikel nano di dalam sebuah bilik. Sinar laser mendeteksi nanopartikel, yang memperkuat tanda tangan spektral dari molekul yang terdeteksi. Kredit Gambar: UC Santa Barbara.
Para peneliti di UCSB, dipimpin oleh profesor Carl Meinhart dari teknik mesin dan Martin Moskovits dari kimia, telah merancang sebuah detektor yang menggunakan nanoteknologi mikrofluida untuk meniru mekanisme biologis di balik reseptor aroma anjing. Perangkat ini keduanya sangat sensitif untuk melacak sejumlah molekul uap tertentu, dan mampu membedakan suatu zat tertentu dari molekul yang sama.
“Anjing masih merupakan standar emas untuk mendeteksi aroma bahan peledak. Tetapi seperti manusia, seekor anjing dapat mengalami hari yang baik atau hari yang buruk, lelah atau terganggu, ”kata Meinhart. "Kami telah mengembangkan perangkat dengan sensitivitas yang sama atau lebih baik seperti hidung anjing yang dimasukkan ke dalam komputer untuk melaporkan secara tepat molekul apa yang dideteksinya." Kunci teknologi mereka, jelas Meinhart, adalah penggabungan prinsip-prinsip dari teknik mesin dan kimia dalam kolaborasi yang dimungkinkan oleh UCSB's Institute for Collaborative Biotechnologies.
Hasil yang dipublikasikan bulan ini di Analytical Chemistry menunjukkan bahwa perangkat mereka dapat mendeteksi molekul udara dari bahan kimia yang disebut 2,4-dinitrotoluene, uap utama yang berasal dari bahan peledak berbasis TNT. Hidung manusia tidak dapat mendeteksi jumlah zat yang sedemikian kecil, tetapi anjing "sniffer" telah lama digunakan untuk melacak molekul jenis ini. Teknologi mereka terinspirasi oleh desain biologis dan ukuran mikro dari lapisan lendir penciuman anjing, yang menyerap dan kemudian berkonsentrasi molekul udara.
“Perangkat ini mampu mendeteksi dan mengidentifikasi secara real-time jenis molekul tertentu dengan konsentrasi 1 ppb atau lebih rendah. Spesifisitas dan sensitivitasnya tidak tertandingi, ”kata Dr. Brian Piorek, mantan mahasiswa doktoral teknik mesin di laboratorium Meinhart dan Kepala Ilmuwan di SpectraFluidics, Inc. yang berbasis di Santa Barbara. Teknologi ini telah dipatenkan dan secara eksklusif dilisensikan ke SpectraFluidics, sebuah perusahaan yang didirikan bersama Piorek pada 2008 dengan investor swasta.
“Proyek penelitian kami tidak hanya menyatukan berbagai disiplin ilmu untuk mengembangkan sesuatu yang baru, tetapi juga menciptakan lapangan kerja bagi masyarakat setempat dan semoga bermanfaat bagi masyarakat secara umum,” komentar Meinhart.
Dikemas dalam microchip silikon seukuran jari dan dibuat di fasilitas ruang bersih UCSB yang canggih, teknologi yang mendasarinya menggabungkan mikrofluida permukaan bebas dan spektroskopi Raman yang disempurnakan permukaan (SERS) untuk menangkap dan mengidentifikasi molekul. Saluran mikro cairan menyerap dan mengkonsentrasikan molekul hingga enam kali lipat. Setelah molekul uap diserap ke dalam microchannel, mereka berinteraksi dengan partikel nano yang memperkuat tanda tangan spektral mereka ketika tereksitasi oleh sinar laser. Database komputer dari tanda tangan spektral mengidentifikasi jenis molekul apa yang telah ditangkap.
"Perangkat ini terdiri dari dua bagian," jelas Moskovits. "Ada saluran mikro, yang seperti sungai kecil yang kami gunakan untuk menjebak molekul-molekul dan menyajikannya ke bagian lain, sebuah spektrometer mini yang ditenagai oleh laser yang mendeteksi mereka. Saluran mikro ini dua puluh kali lebih kecil dari ketebalan rambut manusia. ”
"Teknologi ini dapat digunakan untuk mendeteksi berbagai molekul yang sangat luas," kata Meinhart. "Aplikasi dapat meluas ke diagnosis penyakit tertentu atau deteksi narkotika, untuk beberapa nama."
Moskovits menambahkan, “Makalah yang kami terbitkan berfokus pada bahan peledak, tetapi tidak harus berupa bahan peledak. Itu bisa mendeteksi molekul dari napas seseorang yang mungkin mengindikasikan penyakit, misalnya, atau makanan yang telah rusak. "
Melalui UC Santa Barbara