Jako doktorand na Harvardské univerzitě studoval inženýr Sindy KY Tang u známého chemika George M. Whitesidese - průkopníka v oblasti nanověd, oboru, který nyní informuje vše od elektroniky po lékařskou diagnostiku. Zatímco Tang byl ve svém týmu, Whitesides byl zapojen do projektu DARPA, aby našel způsoby kódování zpráv v bakteriích. V systému, který on a jeho kolegové vyvinuli, mohly být zprávy kódovány jako tečky bakterií na talíři a dekódovány přidáním konkrétního chemického činidla, které, když by se setkalo s bakteriemi, způsobilo zářivku. Vzorek by pak mohl být přeložen, aby odhalil tajnou zprávu.
O čtyři roky později Tang aplikuje stejný nápad ve své laboratoři na Stanfordu, kde je asistentkou profesorky strojírenství. Ale místo toho, aby posílala zprávy sem a tam, používá chemii, aby zjistila kontaminanty ve vodě. Když spadne do proudu nebo studny, její zařízení, prototyp, který byl nedávno popsán v časopise Lab on Chip, produkuje čárový kód, který ukazuje jak koncentraci, tak místo pobytu znečišťujících látek, jako je olovo, ve vodě - není nutná žádná elektřina.
Zařízení, které je v současné době asi o velikosti špendlíkového prstu, usnadňuje kontrolovanou chemickou reakci při pohybu vodou. Čiré silikonové pouzdro obsahuje dvě tenké zkumavky, z nichž každá je naplněna gelovou sloučeninou. Jeden konec každé zkumavky se připojuje k zásobníku obsahujícímu reaktivní chemikálii; druhý konec je otevřený prostředí, takže voda může pronikat do zařízení.
Chemikálie v rezervoáru se pohybují trubicemi gelu předvídatelnou rychlostí. Jak se zařízení pohybuje dolů proudem, voda teče do gelu z druhé strany. Pokud je přítomna sledovaná chemická látka - v tomto počátečním případě olovo - probíhá reakce a v trubici se vytvoří nerozpustná viditelná značka. Tato označení vytvářejí čárový kód, který vědci mohou číst, aby určili množství a umístění olova v konkrétním přívodu vody.
Tangův tým úspěšně provedl testy se dvěma různými vzorky vody, oba v kádince ve své laboratoři. Vědci pomalu přidali olovo k vodním vzorkům, jeden z laboratoře a druhý z vodního hazardu na golfovém hřišti Stanford, a poté byli schopni vidět jejich přidání zakódované na senzoru. Předtím, než mohou kapsle vyzkoušet v terénu, bude však muset po nasazení stanovit způsob jejich shromažďování. Jedním z možných řešení by bylo přidání malých magnetických částic do silikonového pouzdra a použití magnetu k jejich vylovení na druhé straně.
V tuto chvíli senzor stále není příliš přesný. "Náš detekční limit je velmi vysoký, takže nebudeme schopni detekovat [lead], dokud nebude již velmi koncentrovaný, " vysvětluje Tang. A jeho chemie je schopna detekovat pouze olovo v tomto bodě. Ale v budoucnu by kapsle mohla být upravena pro kontrolu dalších běžných kontaminantů. Silikonová skořepina by mohla obsahovat několik trubek vyladěných pro různé kontaminanty, jako je rtuť a hliník, což umožňuje uživatelům provádět v jednom testu širokospektrální screening. Tang zdůrazňuje, že zařízení je stále jen důkazem koncepce a zdaleka není implementováno. "Chtěli jsme ukázat, jak by tento nápad fungoval - že ho můžete použít a použít jinou chemii, " říká.
Pokud bude úspěšný, Tangův systém vyřeší velké puzzle na testování vody. Současný prototyp představuje poprvé, kdy někdo dokázal detekovat více než „ano nebo ne“ odpověď na kontaminaci těžkými kovy ve vodních zdrojích. Současné metody, jako je ruční ovladač s názvem ANDalyze, musí odebrat vzorky ze zdroje vody pro testování. V tomto případě vysvětluje, že uživatelé mohou identifikovat přítomnost kovů, ale nemají žádné prostředky k izolování jejich zdroje v přívodu vody. I když by senzory mohly cestovat do trhlin a trhlin, aby dosáhly podzemní vody, jemnost elektronických součástek také znamená, že nemusí dobře přežít pod zemí, kde se výrazně zvyšuje teplo a tlak.
Při jeho současné velikosti lze Tangův senzor použít k nalezení znečišťujících látek a jejich zdrojů v proudech, ale jejím konečným cílem je dostat systém na úroveň nanoměry - asi jeden milimetr. "Skutečnou původní motivací bylo potřeba snímání pod zemí, kde byste měli díru nebo studnu, kde byste nemohli rozptýlit senzory a sbírat [je] na druhém konci [pomocí současné technologie], " vysvětluje. Jak Tang řekl Stanford News, „Tobolky by musely být dostatečně malé, aby se vešly skrz praskliny ve vrstvách hornin, a dostatečně robustní, aby přežily teplo, tlak a drsné chemické prostředí pod zemí.“ Další velký kousek skládačky: Tang isn Ještě si nejste jisti, jak po rozptýlení sbírat senzory.
Je tu spousta vody. Podle agentury na ochranu životního prostředí je asi 95 procent všech zdrojů sladké vody v USA pod zemí. Tyto zdroje jsou citlivé na širokou škálu znečišťujících látek, které pijí do dodávek z instalatérských, průmyslových a obecných odpadů. Tam také může být slušné množství léků na předpis.
Nakonec, miniaturizační proces, o kterém Tang říká, že je stále roky pryč, by také mohl vyvolat změnu designu. Namísto lineárních trubek, které běží paralelně, by senzory milimetrové velikosti byly kulatými tečkami. V tom případě by se čárový kód prezentoval jako kruhy místo proužků, „jako prsteny na stromě“, říká.
