Chip sensor químico de límite cuántico permite detección rápida y precisa de compuestos traza

Investigadores de la Universidad de Buffalo reportan un avance de un chip de detección química que podría llevar a dispositivos portátiles que detecten químicos traza — desde drogas ilícitas hasta contaminación — tan rápido como un alcoholímetro identifica alcohol.

El chip también puede tener usos en monitoreo de seguridad alimentaria, anti-falsificación y otros campos donde se analizan químicos traza.

El trabajo se basa en investigación previa del laboratorio del Profesor Qiaoqiang Gan que involucraba crear un chip que atrapa luz en los bordes de nanopartículas de oro y plata. Cuando moléculas biológicas o químicas aterrizan en la superficie del chip, parte de la luz capturada interactúa con las moléculas y es "dispersada" en luz de nuevas energías. Este efecto ocurre en patrones reconocibles que actúan como huellas digitales de moléculas químicas o biológicas, revelando información sobre qué compuestos están presentes.

Porque todos los químicos tienen firmas únicas de dispersión de luz, la tecnología podría eventualmente integrarse en un dispositivo portátil para detectar drogas en sangre, aliento, orina y otras muestras biológicas. También podría incorporarse en otros dispositivos para identificar químicos en el aire o agua, así como otras superficies. El método de detección se llama espectroscopía Raman mejorada de superficie (SERS).

Si bien es efectivo, el chip que el grupo Gan creó previamente no era uniforme en su diseño. Debido a que el oro y la plata estaban espaciados irregularmente, podría hacer que las moléculas dispersas fueran difíciles de identificar, especialmente si aparecían en diferentes ubicaciones del chip. Gan y un equipo de investigadores han estado trabajando para remediar esta deficiencia.

El equipo usó cuatro moléculas (BZT, 4-MBA, BPT y TPT), cada una con diferentes longitudes, en el proceso de fabricación para controlar el tamaño de los espacios entre las nanopartículas de oro y plata. El proceso de fabricación actualizado se basa en dos técnicas, deposición de capa atómica y monocapas autoensambladas, en oposición al método más común y costoso para chips SERS, litografía de haz de electrones.

El resultado es un chip SERS con excelente uniformidad que es relativamente económico de producir. Más importante aún, se acerca a capacidades de detección de límite cuántico, dice Gan — un desafío para chips SERS convencionales.