Μια νέα οπτική συσκευή θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανίχνευση ναρκωτικών, χημικών που παράγουν βόμβες και πολλά άλλα

[Giannis]

Οι επιστήμονες που αναζητούν ίχνη ναρκωτικών, συστατικών που φτιάχνουν βόμβες και άλλες χημικές ουσίες συχνά ρίχνουν φως στα υλικά που αναλύουν.

Αυτή η προσέγγιση είναι γνωστή ως φασματοσκοπία και περιλαμβάνει τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο το φως αλληλεπιδρά με ίχνη ύλης.

Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τύπους φασματοσκοπίας είναι η φασματοσκοπία υπέρυθρης απορρόφησης, την οποία οι επιστήμονες χρησιμοποιούν για να εντοπίσουν φάρμακα που βελτιώνουν την απόδοση σε δείγματα αίματος και μικροσκοπικά σωματίδια εκρηκτικών στον αέρα.

Ενώ η φασματοσκοπία απορρόφησης υπέρυθρων έχει βελτιωθεί σημαντικά τα τελευταία 100 χρόνια, οι ερευνητές εξακολουθούν να εργάζονται για να κάνουν την τεχνολογία πιο ευαίσθητη, φθηνή και ευέλικτη. Ένας νέος αισθητήρας παγίδευσης φωτός, που αναπτύχθηκε από μια ομάδα μηχανικών υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο και περιγράφηκε σε μια μελέτη Advanced Optical Materials , σημειώνει πρόοδο και στους τρεις τομείς.

«Αυτή η νέα οπτική συσκευή έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει τις ικανότητές μας να ανιχνεύουμε όλα τα είδη βιολογικών και χημικών δειγμάτων», λέει ο Qiaoqiang Gan, PhD, αναπληρωτής καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών στη Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών στο UB, και ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. .

Οι συν-συγγραφείς της μελέτης - η οποία θα παρουσιαστεί στο εξώφυλλο του Advanced Science News του Σεπτεμβρίου - στο εργαστήριο του Gan περιλαμβάνουν τους Dengxin Ji, Alec Cheney, Nan Zhang Haomin Song και Xie ​​Zeng, PhD. Πρόσθετοι συν-συγγραφείς προέρχονται από το Πανεπιστήμιο Fudan και το Northeastern University, τόσο στην Κίνα, όσο και από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison.

Ο αισθητήρας λειτουργεί με φως στη μέση υπέρυθρη ζώνη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αυτό το τμήμα του φάσματος χρησιμοποιείται για τα περισσότερα τηλεχειριστήρια, νυχτερινή όραση και άλλες εφαρμογές.

Ο αισθητήρας αποτελείται από δύο στρώματα μετάλλου με ένα μονωτικό σάντουιτς μεταξύ τους. Χρησιμοποιώντας μια τεχνική κατασκευής που ονομάζεται εναπόθεση ατομικού στρώματος , οι ερευνητές δημιούργησαν μια συσκευή με κενά μικρότερα από πέντε νανόμετρα (μια ανθρώπινη τρίχα έχει διάμετρο περίπου 75.000 νανόμετρα) ανάμεσα σε δύο μεταλλικά στρώματα. Είναι σημαντικό ότι αυτά τα κενά επιτρέπουν στον αισθητήρα να απορροφά έως και 81 τοις εκατό του υπέρυθρου φωτός, μια σημαντική βελτίωση από το 3 τοις εκατό που απορροφούν παρόμοιες συσκευές.

Η διαδικασία είναι γνωστή ως φασματοσκοπία υπερύθρου απορρόφησης ενισχυμένης επιφάνειας (SEIRA). Ο αισθητήρας, ο οποίος λειτουργεί ως υπόστρωμα για τα υλικά που εξετάζονται, ενισχύει την ευαισθησία των συσκευών SEIRA για την ανίχνευση μορίων σε 100 έως 1.000 φορές μεγαλύτερη ανάλυση από τα αποτελέσματα που αναφέρθηκαν προηγουμένως.

Η αύξηση καθιστά τη φασματοσκοπία SEIRA συγκρίσιμη με έναν άλλο τύπο φασματοσκοπικής ανάλυσης, τη φασματοσκοπία Rama ενισχυμένης επιφάνειας (SERS), η οποία μετρά τη σκέδαση φωτός σε αντίθεση με την απορρόφηση.

Η πρόοδος του SEIRA θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε κάθε σενάριο που απαιτεί την εύρεση ιχνών μορίων, λέει ο Ji, ο πρώτος συγγραφέας και υποψήφιος διδάκτορας στο εργαστήριο του Gan. Αυτό περιλαμβάνει, ενδεικτικά, την ανίχνευση ναρκωτικών στο αίμα, τα υλικά κατασκευής βομβών, τη δόλια τέχνη και την παρακολούθηση ασθενειών.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνεχίσουν την έρευνα και να εξετάσουν πώς να συνδυάσουν την πρόοδο του SEIRA με το SERS αιχμής.