Watermark Ink-enhed vinder R&D 100 Award

En enhed, der øjeblikkeligt kan identificere ukendte væsker baseret på deres overfladespænding, er blevet udvalgt til at modtage 2013 R&D 100 Award-kendt som "Oscar of Innovation"-fra R&D Magazine.

Opfundet i 2011 af et team af materialeforskere og anvendte fysikere ved Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard, "Watermark Ink" (W-INK) enheden tilbyder en billig, hurtig, og bærbar måde at udføre kvalitetskontroltest og opdage flydende kontaminanter.

W-INK passer i håndfladen og kræver ingen strømkilde. Det udnytter de kemiske og optiske egenskaber af præcist nanostrukturerede materialer til at skelne væsker ved deres overfladespænding.

Vinderne af R&D 100 Awards udvælges af et uafhængigt dommerpanel og af redaktørerne af R&D Magazine, som dækker banebrydende teknologier og innovationer for forskere, ingeniører, og tekniske eksperter over hele verden.

Nu i deres 51. år, R&D 100 Awards har længe været et benchmark for ekspertise for industrisektorer så forskellige som telekommunikation, højenergifysik, software, fremstilling, og bioteknologi. R&D 100 Awards har identificeret banebrydende nye teknologier såsom flashcube (1965), pengeautomaten (1973), halogenlampen (1974), faxmaskinen (1975), flydende krystalskærm (1980), Nicoderm anti-ryge plaster (1992), Taxol anticancer lægemiddel (1993), laboratorie på en chip (1996), og HDTV (1998).

"Visuelle kolorimetriske indikatorer, såsom pH-papir eller graviditetstests, har haft stor kommerciel succes, fordi de er billige og usædvanligt nemme at bruge, " siger Joanna Aizenberg, som er Amy Smith Berylson-professor i materialevidenskab ved Harvard SEAS og et kernefakultetsmedlem af Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University. "Vores W-INK-teknologi udvider i høj grad dette koncept, fordi den kan registrere enhver væske gennem smart designet, kemisk kodede opaler, der afslører let genkendelige, makroskopisk distinkte strukturelle farvemønstre ved væskeopsugning."

Aizenberg siger, at hun forestiller sig en bred vifte af industrielle og forbrugeranvendelser - f.eks. påvisning af toksiner i et kemisk spild; test af alkoholniveauer eller benzinkvaliteten, sukker eller koffein; eller skabelsen af ​​simple undervisningssæt og legetøj.

Projektet var et samarbejde mellem Aizenberg og Marko Lon?ar, Tiantsai Lin professor i elektroteknik ved SEAS.

Det er anden gang i træk, at Aizenbergs team vinder en R&D 100 Award. I 2012 hendes forskergruppe blev anerkendt for deres opfindelse af et ekstremt lavfriktionsmateriale kaldet SLIPS, for "glat, væskeinfunderede porøse overflader." Inspireret af kandeplanten, SLIPS modstår væske, is, og snavs og kunne indarbejdes i en bred vifte af produkter, fra medicinsk udstyr til køleskabe.

"Disse R&D 100-priser er et vidnesbyrd om rollen som dristig videnskabelig tænkning og anvendt forskning i løsningen af ​​hverdagens udfordringer - i tilfældet W-INK, forbedring af kvalitetskontrol og sikkerhed, " siger Cherry A. Murray, Dekan for Harvard SEAS, John A. og Elizabeth S. Armstrong professor i ingeniørvidenskab og anvendt videnskab, og professor i fysik. "W-INK-teknologien trækker på indsigt fra kemi, materialevidenskab, optik, selvmontering, og nanoteknologi til at skabe en vildledende simpel chip med potentiale til at gøre en virkelig stor indflydelse."

W-INK konceptet bygger på et præcist fremstillet materiale kaldet en omvendt opal, en lagdelt glasstruktur med et internt netværk af ordnede, indbyrdes forbundne luftporer. Beslægtet med lakmuspapiret, der bruges i kemi laboratorier rundt om i verden til at påvise pH i en væske, W-INK-enheden skifter farve, når den støder på en væske med en bestemt overfladespænding. En enkelt chip kan reagere forskelligt på en lang række stoffer; den er også følsom nok til at skelne mellem to meget nært beslægtede væsker.

Selektiv behandling af dele af den omvendte opal med fordampede kemikalier og oxygenplasma skaber variationer i de reaktive egenskaber af porerne og kanalerne, lader én væske passere igennem, mens andre udelukker. Når den korrekte væske kommer ind i en pore, chippen reflekterer lys forskelligt, frembringer en tydelig ændring i farve.

"Det er fantastisk at se Joanna og hendes team igen anerkendes for deres beherskelse af bioinspireret design, " siger Wyss stiftende direktør Donald Ingber, som også er professor i bioingeniør ved Harvard SEAS. "De iriserende lyseffekter af omvendte opaler findes overalt i naturen, fra sommerfuglevinger til østersskaller – og W-INK udnytter disse designprincipper i en helt ny, innovativ måde med umiddelbar relevans for samfundet."

Aizenberg og Lon?ar fik selskab af Ian B. Burgess (som var ph.d.-studerende ved Harvard SEAS på det tidspunkt og nu postdoc ved Wyss Institute) i den indledende forskning. Lidiya Mishchenko (en kandidatstuderende ved SEAS), Matthias Kolle (postdoktor ved SEAS), og Benjamin D. Hatton (forsker ved SEAS og teknologiudviklingsstipendiat ved Wyss Institute).

Vindere af R&D 100 Awards vil blive anerkendt ved en ceremoni i november 2013.