Chip de detección química de aproximación al límite cuántico

Investigadores de la Universidad de Buffalo informan sobre el avance de un chip de detección de sustancias químicas que podría conducir a dispositivos portátiles que detectan trazas de sustancias químicas, desde drogas ilícitas hasta contaminación, tan rápido como un alcoholímetro identifica el alcohol.

El chip también puede tener usos en el control de la seguridad alimentaria, la lucha contra la falsificación y otros campos en los que se analizan trazas de productos químicos.

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

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

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

El equipo utilizó 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, la deposición de capas atómicas y las monocapas autoensambladas, a diferencia del método más común y costoso para los chips SERS, la litografía por haz de electrones.

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