Ako doktorand na Harvardskej univerzite študoval inžinier Sindy KY Tang pod renomovaným chemikom Georgeom M. Whitesidesom, priekopníkom v oblasti nanovedy, v odbore, ktorý teraz poskytuje informácie od elektroniky až po lekársku diagnostiku. Zatiaľ čo Tang bol v jeho tíme, Whitesides bol zapojený do projektu DARPA s cieľom nájsť spôsoby kódovania správ v baktériách. V systéme, ktorý vyvinuli on a jeho kolegovia, by sa správy mohli kódovať ako bodky baktérií na doštičke a dekódovať pridaním konkrétneho chemického činidla, ktoré, keď sa stretne s baktériami, by spôsobilo fluorescenčnú žiaru. Vzor možno potom preložiť, aby odhalil tajnú správu.
O štyri roky neskôr, Tang aplikuje ten istý nápad vo svojom laboratóriu v Stanforde, kde je asistentkou profesora strojárstva. Ale namiesto toho, aby posielala správy tam a späť, používa chémiu na zistenie kontaminantov vo vode. Keď zariadenie, prototyp, ktorý bol nedávno opísaný v časopise Lab na čipe, spadol do potoka alebo studne, vyprodukuje čiarový kód, ktorý označuje koncentráciu aj miesto pobytu znečisťujúcich látok, napríklad olova, vo vode - nie je potrebná žiadna elektrina.
Zariadenie, ktoré má v súčasnosti veľkosť špendlíka, uľahčuje kontrolovanú chemickú reakciu pri pohybe vodou. Priehľadné silikónové puzdro obsahuje dve tenké skúmavky, z ktorých každá je naplnená gélovou zlúčeninou. Jeden koniec každej skúmavky je spojený so zásobníkom obsahujúcim reaktívnu chemikáliu; druhý koniec je otvorený pre prostredie, takže voda môže preniknúť do zariadenia.
Chemikália v rezervoári sa pohybuje v skúmavkách gélu predvídateľnou rýchlosťou. Keď sa zariadenie pohybuje smerom dole prúdom, voda prúdi do gélu z druhej strany. Ak je prítomná chemikália, ktorá sa má skontrolovať, v tomto počiatočnom prípade olovo, prebieha reakcia, pričom v skúmavke sa vytvorí nerozpustná viditeľná značka. Tieto značky vytvárajú čiarový kód, ktorý môžu vedci prečítať, aby určili množstvo a umiestnenie olova v konkrétnom vodnom zdroji.
Tím Tang úspešne absolvoval testy s dvoma rôznymi vzorkami vody, obidve v kadičkách vo svojej laboratóriu. Vedci pomaly pridávali olovo k vzorkám vody, jednu z laboratória a druhú z nebezpečenstva pre vodu na golfovom ihrisku Stanford, a potom boli schopní vidieť ich dodatky zakódované na senzore. Predtým, ako môžu kapsuly otestovať v teréne, bude však musieť po nasadení pripraviť spôsob ich zhromažďovania. Jedným z možných riešení by bolo pridať malé magnetické častice do silikónového puzdra a použiť magnet na ich vylovenie na druhej strane.
V súčasnosti senzor stále nie je príliš presný. "Náš detekčný limit je veľmi vysoký, takže nebudeme schopní zistiť [lead], kým nebude už veľmi koncentrovaný, " vysvetľuje Tang. A jeho chémia je schopná zistiť olovo len v tomto bode. Ale v budúcnosti by sa kapsula mohla modifikovať na kontrolu ďalších bežných kontaminantov. Silikónový obal by mohol obsahovať viac skúmaviek vyladených pre rôzne kontaminanty, ako je ortuť a hliník, čo umožňuje používateľom vykonať skríning so širokým spektrom v jednom teste. Tang zdôrazňuje, že zariadenie je stále len dôkazom koncepcie a ani zďaleka nie je implementované. "Chceli sme ukázať, ako by tento nápad fungoval - že ho môžete použiť a použiť inú chémiu, " hovorí.
Ak bude úspešný, Tangov systém vyrieši veľké puzzle na testovanie vody. Súčasný prototyp predstavuje prvýkrát, keď niekto dokázal zistiť viac ako „áno alebo nie“ odpoveď o kontaminácii ťažkými kovmi vo vodných zdrojoch. Súčasné metódy, ako napríklad vreckový počítač s názvom ANDalyze, musia na testovanie odobrať vzorky zo zdroja vody. V takom prípade vysvetľuje, že používatelia môžu identifikovať prítomnosť kovov, ale nemajú žiadne prostriedky na izoláciu ich zdroja v prívode vody. Aj keď by senzory mohli preniknúť do trhlín a prasklín, aby dosiahli podzemnú vodu, jemnosť elektronických komponentov tiež znamená, že nemusia dobre prežiť v podzemí, kde sa výrazne zvyšuje teplo a tlak.
Pri jeho súčasnej veľkosti by sa Tangov senzor mohol použiť na nájdenie znečisťujúcich látok a ich zdrojov v prúdoch, ale jej konečným cieľom je dostať systém na úroveň nanomateriálu - asi jeden milimeter. „Skutočnou originálnou motiváciou bola potreba snímania v podzemí, kde by ste mali dieru alebo studňu, kde by ste nemohli rozptýliť senzory a zbierať ich na druhom konci [pomocou súčasnej technológie], “ vysvetľuje. Ako povedal Tang pre Stanford News, „Kapsuly by museli byť dostatočne malé, aby sa zmestili cez praskliny vo vrstvách hornín, a dostatočne robustné, aby prežili teplo, tlak a drsné chemické prostredie pod zemou.“ Ďalšia veľká časť hádanky: Tang isn Zatiaľ si nie ste istí, ako zbierať senzory po rozptýlení.
Existuje veľa vody na premietanie. Podľa agentúry na ochranu životného prostredia je asi 95 percent všetkých zdrojov sladkej vody v USA podzemných. Tieto zdroje sú citlivé na širokú škálu znečisťujúcich látok, ktoré pijú do dodávok inštalatérskeho, priemyselného a všeobecného odpadu. Tam môže byť tiež veľké množstvo liekov na predpis.
Nakoniec, proces miniaturizácie, o ktorom Tang hovorí, že je stále preč, by mohol priniesť zmenu v dizajne. Namiesto lineárnych trubíc, ktoré bežia paralelne, by senzory milimetra boli okrúhle bodky. V takom prípade by sa čiarový kód prezentoval ako kruhy namiesto pruhov, „ako krúžky na strome“, hovorí.
