Czujnik, który wykryje pojedynczą molekułę

Czujnik, który wykryje pojedynczą molekułę

Naukowcy z Southamptom University opracowali sensor tak czuły, że jest w stanie wykryć pojedynczą cząsteczkę na 10 milionów cząsteczek innego odczynnika. Czujnik ten jest 10 krotnie wrażliwszy, niż jakikolwiek inny znany dotąd.

Czułość tej metody pozwoli wykrywać najmniejsze nawet ilości materiałów wybuchowych, czy toksyn. Pozwoli ona też ekspertom sądowym badać najmniejsze nawet ślady znalezione na miejscu zbrodni.

Zespół Gilberto Brambilla z centrum badań optoelektronicznych uniwersytetu zbudował nanoprzewody ze standardowych włókien optycznych, a następnie rozciągnął je ostrożnie tak, by zmniejszyć ich średnicę tysiąckrotnie. Czujnik wykorzystuje włókna o średnicy rzędu 400 nanometrów, ale według Brambilla możliwe jest stworzenie włókien o średnicy nawet 50 nanometrów.

”Bierzemy włókno, zaciskamy je, poddajemy lekkiemu naprężeniu i traktujemy płomieniem,” – wyjaśnił Brambilla. „Płomień zmiękcza włókno, tak, że podczas rozciągania zmniejsza się jego średnica. Proces dzieli się na trzy etapy, a wszystko jest sterowane komputerowo; sami opracowaliśmy program i wszystkie fazy procesu.”

Praca z włóknami o tak małych wymiarach nie jest łatwa, gdyż włókna są bardzo wrażliwe. „Trzeba je ogrzać, ale nie za bardzo. Potrzeba też specjalnych zacisków, żeby włókno się nie wyślizgnęło.” – powiedział Brambilla.

Już płomień sam w sobie sprawia problemy, gdyż przepływ gazu niesie ze sobą ryzyko przerwania włókna. „Gdy w grę wchodzą włókna o tak małych wymiarach, ich właściwości fizyczne ulegają zmianie.” – powiedział Brambilla. „Rozciąga się już przy niższych temperaturach, w związku z czym bardzo trzeba pilnować płomienia; włókno może się przerwać, gdy stanie się zbyt miękkie.” Włókno w fazie rozciągania jest zabezpieczone przed wibracjami i niepożądanym wpływem powietrza w specjalnym akrylowym pudle.

Kluczowymi słowami są: powoli i spokojnie. „Płomień jest przesuwany wzdłuż włókna kilkakrotnie. W trakcie jednego przejścia, średnica może zostać zmniejszona zaledwie o 3 procent, w przeciwnym razie proces staje się nieprecyzyjny. Dlatego każde włókno jest poddawane działaniu ognia kilkaset razy, aż osiągnie żądaną średnicę.”

Zgodnie z tą metodą obrabiane mogą być włókna o długości nawet 110 milimetrów, ale dla potrzeb czujnika potrzeba zaledwie kilku milimetrów. Włókno jest następnie umieszczane w izolacji z fluoropolimerowej kalafonii, a następnie owijane dwukrotnie wokół przezroczystej rurki o średnicy 1 milimetra. „Ze względu na jego geometrię, są szczególne długości fal światła, które rezonują wewnątrz włókna i wpadają w swoistą pułapkę,” – powiedział Brambilla.

Czujnik z jednej strony jest wystawiony na działanie źródła światła o szerokim spektrum, generującego wiele różnych długości fal, a z drugiej jest podłączony do analizatora spektralnego. Niektóre z długości fal pozostają wewnątrz uzwojeń uwięzione, co powoduje powstanie charakterystycznych dziur w analizowanym spektrum.

Brambilla podkreśla, że czujnik jest wciąż w fazie testów i minie jeszcze trochę czasu zanim trafi do sprzedaży.

(lk)