Aprovechando un fenómeno que hasta ahora ha sido un espectáculo virtual para los diseñadores de electrónica, un equipo dirigido por Panos Datskos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge está desarrollando un sensor químico y biológico con una sensibilidad sin precedentes.

Por último, Los investigadores creen que este nuevo "rastreador" logrará un nivel de detección que se aproxima al límite teórico, superando a otros sensores químicos de última generación. Las implicaciones podrían ser significativas para cualquier persona cuyo trabajo sea detectar explosivos, agentes biológicos y estupefacientes.

"Si bien la comunidad de investigadores ha estado evitando la no linealidad asociada con los osciladores mecánicos a nanoescala, lo estamos abrazando, "dijo el co-desarrollador Nickolay Lavrik, miembro del Laboratorio del Departamento de Energía de la División de Ciencias de Materiales Nanofásicos. "En el final, esperamos tener un dispositivo capaz de detectar cantidades increíblemente pequeñas de explosivos en comparación con los sensores químicos actuales ".

El dispositivo consta de una cámara digital, un laser, óptica de imágenes, un generador de señales, procesamiento de señales digitales y otros componentes que colectivamente, como la nariz de un perro, puede detectar pequeñas cantidades de sustancias en el aire.

El concepto subyacente se basa en resonadores a microescala que son similares a los microcantilevers utilizados en microscopía de fuerza atómica, que se ha explorado recientemente como dispositivos de detección de masa y fuerza. Aunque el principio básico es simple (medir los cambios en la frecuencia de resonancia debido a cambios de masa), una serie de obstáculos han impedido la aplicación generalizada de tales sistemas.

"Estos desafíos se deben a los requisitos de medir y analizar pequeñas amplitudes de oscilación que son aproximadamente del tamaño de un átomo de hidrógeno, ", Dijo Lavrik. Estos enfoques tradicionales requieren componentes electrónicos sofisticados de bajo ruido, como amplificadores de bloqueo y bucles de bloqueo de fase, que agregan costo y complejidad.

En lugar de, este nuevo tipo de rastreador funciona golpeando deliberadamente los microcantilevers con cantidades relativamente grandes de energía asociadas con un rango de frecuencias, forzándolos a una amplia oscilación, o movimiento. Lavrik comparó la respuesta con el movimiento de un trampolín después de que un nadador se sumerge.

"En el pasado, la gente quería evitar esta alta amplitud debido a la alta distorsión asociada con ese tipo de respuesta, "dijo Datskos, miembro de la División de Ingeniería de Sistemas y Ciencias de la Medición. "Pero ahora podemos explotar esa respuesta ajustando el sistema a una frecuencia muy específica que está asociada con el químico o compuesto específico que queremos detectar".

Cuando la sustancia química objetivo reacciona con el microcantilever, cambia la frecuencia dependiendo del peso del compuesto, proporcionando así la detección.

"Con este nuevo enfoque, cuando el microcantilever deja de oscilar, sabemos con alta certeza que la sustancia química o el compuesto objetivo está presente, "Dijo Lavrik.

Los investigadores prevén que esta tecnología se incorporará en un instrumento de mano que podría ser utilizado por los inspectores de seguridad del transporte. funcionarios encargados de hacer cumplir la ley y el ejército. Otras aplicaciones potenciales están en biomedicina, ciencia medioambiental, seguridad nacional y química analítica.

Con niveles adecuados de financiación, Datskos prevé el desarrollo de un prototipo en un plazo de seis a 18 meses.