Forskere forbedrer teknologi til at opdage farlige kemikalier

(Phys.org) —Forskere ved Imperial College London har udviklet et system til hurtigt at opdage spormængder af kemikalier som forurenende stoffer, sprængstof eller ulovlige stoffer.

Det nye system kan udvælge et enkelt målmolekyle fra 10.000 billioner vandmolekyler inden for millisekunder, ved at fange det på et selvsamlende enkelt lag guldnanopartikler.

Teamet af forskere, alle fra Institut for Kemi på Imperial, sige, at denne teknologi åbner mulighed for at udvikle enheder, der er kompakte, genanvendelig og let at samle, og kunne have en række anvendelser, herunder opdagelse af ulovlige stoffer, sprængstof, forurenende stoffer i floder eller nervegasser, der frigives til luften. Resultaterne af forskningen offentliggøres i denne uge i Naturmaterialer .

I en potentiel anvendelse, sådan en enhed kunne opdage bittesmå spor af sprængstof eller andre ulovlige stoffer efterladt af kriminelle på de overflader, de rører ved. Dette teams fremskridt ville hjælpe lovhåndhævere med at identificere og håndtere sådanne aktiviteter, der involverer ulovlige stoffer.

Forskning medforfatter, Michael Cecchini, sagde:"Vores system kunne løse et centralt problem med pålidelig og bærbar kemisk test til brug i omverdenen. Det er meget følsomt og kan godt bruges til at lede efter meget små mængder af et specifikt molekyle, selv i travle, offentlige områder. "

Målmolekylerne identificeres ved en effekt kaldet Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) af lys. Denne teknik, som har eksisteret siden slutningen af ​​1970'erne, virker, fordi hvert molekyle spreder lys på en unik måde. Tidligere forskning har vist, at signalet kan forstærkes ved at fange molekyler på en bestemt måde på et lag af metal nanopartikler. Imidlertid, disse plader er komplekse at fremstille.

Forskerne overvandt dette problem ved at håndtere grænseflader af to væsker, der ikke blandes, såsom vand og olie, eller vand- og luftgrænseflade. Ved at manipulere den elektriske ladning af guldnanopartiklerne og opløsningens sammensætning, de var i stand til at skabe en situation, hvor partiklerne står i kø ved grænsefladen mellem de to ikke-blandbare væsker, eller mellem en væske og luften.

"Tricket til at opnå dette systems følsomhed over for målmolekylerne var at finde de betingelser, hvor nanopartikler ville slå sig ned ved grænsefladen tæt på hinanden uden at smelte sammen", kommenterede en anden medforfatter Jack Paget.

Hvis nanopartiklerne forstyrres, de arrangerer spontant sig selv på den korrekte måde, gør enheden mere robust end dem, der er lavet stift arrangerede partikler. Forskning medforfatter, Vladimir Turek, sagde:"Systemet viser et reelt løfte for detektorer til brug i hårde udendørs miljø- og forsvarsprogrammer, da væsker og nanopartikler let kan udskiftes for at regenerere enheden. "