Investigadores de la Universidad Estatal de Oregon han combinado uno de los pequeños milagros de la naturaleza, la diatomea, con una versión de impresión por inyección de tinta y detección óptica para crear un dispositivo de detección excepcional que puede ser hasta 10 millones de veces más sensible que algunos otros enfoques de uso común.

Se ha aprobado una patente sobre la nueva tecnología "optofluidic", y los hallazgos publicados en la revista Nanoescala .

Cuando se implementa en dispositivos de trabajo, este enfoque podría mejorar la detección biomédica de biomarcadores del cáncer; ser utilizado para trabajos forenses extraordinariamente precisos; salvar la vida del personal militar en situaciones de combate; detectar drogas ilegales; o ayudar a saber si los alimentos orgánicos son realmente libres de pesticidas o no.

La enorme sensibilidad y el bajo costo de la tecnología pueden tener infinitas aplicaciones, los investigadores dicen, que van desde el control de la salud hasta la protección del medio ambiente, experimentos biológicos y otros usos.

"Algunos sensores existentes pueden detectar compuestos a niveles de una parte por mil millones, que suena bastante bien, pero para muchos propósitos eso no es lo suficientemente bueno, "dijo Alan Wang, un profesor asistente de ingeniería eléctrica de OSU en la Facultad de Ingeniería de OSU, y autor correspondiente del estudio.

"Con este enfoque, podemos detectar algunos tipos de compuestos a menos de una parte por billón, aproximadamente el nivel de una sola molécula en una pequeña muestra. Eso es realmente difícil. Aparte de su sensibilidad, la tecnología también puede funcionar con muestras ultrapequeñas, es rápido, y debería ser muy económico de usar ".

Este sistema combina óptica avanzada con un sistema fluídico para identificar compuestos. Con la mayoría de los sistemas convencionales de este tipo, los fluidos deben fluir sobre una superficie, y esto limita el transporte de moléculas específicas que quizás desee identificar, Dijo Wang.

Las diatomeas en esta nueva tecnología, sin embargo, actúan como "cristales fotónicos" naturales. Aprovechan las fuerzas de la convección contra la difusión para ayudar a acelerar y concentrar las moléculas en un espacio donde los fotones de los sensores ópticos pueden quedar atrapados. interactuar e identificar el compuesto a través de firmas ópticas.

"Una diatomea es natural, tipo vivo de fitoplancton que crea muy precisos, estructuras diminutas, ", Dijo Wang." Cuando se depositan líquidos sobre él con dispositivos de inyección de tinta cuidadosamente controlados, las gotas se evaporan rápidamente, pero, en el proceso, llevar las moléculas de interés a la superficie de la diatomea. Esta es la clave para aumentar la sensibilidad de las mediciones fotónicas ".

La tecnología de sensores, los investigadores dicen, puede identificar de forma rápida y precisa qué compuestos están presentes, y aproximadamente cuánto.

En una demostración de esta investigación, los científicos intentaron identificar el trinitrotolueno, o TNT, uno de los ingredientes comunes en los artefactos explosivos, incluidas las minas ocultas que han causado numerosas lesiones y muertes en situaciones de batalla. TNT es una sustancia química con muy baja volatilidad, lo que significa que tiene una evaporación limitada, y comparativamente pocas moléculas escapan que podrían permitir la detección. En una bomba escondida es dificil de encontrar.

Esta nueva tecnología fue un millón de veces más sensible para identificar TNT que otros enfoques comunes, Dijo Wang. Un monitor basado en este enfoque, que podría ser rápido y preciso en situaciones militares, que algún día ayude a salvar vidas, él dijo.