Nanolangat korvaavat lasiprismat

Taiteilijan näkemys nanolankaspektrometristä kuvantamassa solua.

Kansainväliset tutkijat ovat suunnitelleet erittäin pienikokoisen laitteen, joka pystyy kuvaamaan yksittäisiä soluja ilman mikroskoopin käyttöä tai mahdollistamaan kemiallisen sormenjäljen analysoinnin älypuhelimen kameralla.

Laite, joka on valmistettu yhdestä nanolangasta, on pienin koskaan suunniteltu spektrometri. Sitä voidaan käyttää sellaisissa sovelluksissa, kuten elintarvikkeiden tuoreuden ja lääkkeiden laadun arvioinnissa tai jopa väärennettyjen esineiden tunnistamisessa, kaikki älypuhelimen kamerasta.

1700-luvulla Isaac Newtonin kehittämä prisma on ollut valon ja aineen vuorovaikutuksen eli spektroskopian tutkimuksen perusratkaisu. Prisma toteuttaa valon tilallisen erottelun erilaisiksi spektrikomponenteiksi.

Tällainen perusta rajoittaa perusteellisesti spektrometrien kokoa: ne ovat yleensä tilaa vieviä ja monimutkaisia, ja niitä on haastava kutistaa kolikkoa pienempiin kokoihin.

Nyt Cambridgen yliopiston tutkijat yhdessä kiinalaisten ja Aalto-yliopiston tutkijoiden kanssa ovat selvinneet tästä haasteesta tuottamalla jopa tuhat kertaa pienemmän järjestelmän kuin aiemmin on raportoitu.

He tukeutuivat nanolankaan, jonka materiaalikoostumus vaihtelee koko pituudeltaan mahdollistaen sen, että se reagoi erilaisiin valon väreihin näkyvän spektrin alueella. Nykyisillä mikropiirien valmistusmenetelmillä he tekivät nanorakenteeseen sarjan valon spektrin eri väreille reagoivia valoherkkiä osioita. Näistä osista saadaan yksilölliset vasteet, jotka voidaan sitten syöttää tietokonealgoritmiin valospektrin rekonstruoimiseksi.

"Lähestymistapamme voisi sallia ennennäkemättömän spektroskopisten laitteiden pienentämisen siinä määrin, että ne voidaan integroida suoraan älypuhelimiin, ja ne tuovat tehokkaita analyyttisiä tekniikoita laboratoriosta kämmenellemme", kertoo tutkimusta vetänyt tri Tawfique Hasan.

Yksi nanojohdon lupaavimmista potentiaalisista käyttötavoista voisi olla biologia. Koska laite on niin pieni, se voi kuvata suoraan yksittäisiä soluja ilman mikroskoopin käyttöä.

Tutkijat toivovat, että heidän luoma alusta voisi johtaa aivan uuden sukupolven erittäin pienikokoisiin spektrometreihin, jotka toimivat ultraviolet ista infrapuna-alueelle.

Tällaisia tekniikoita voitaisiin käyttää monenlaisiin kuluttaja-, tutkimus- ja teollisuussovelluksiin, mukaan lukien siru-lab-järjestelmissä, biologisissa implantteissa ja älypuhelimissa.

Cambridge-tiimi on jättänyt patentin teknologialle ja toivoo näkevänsä tosielämän sovellukset seuraavan viiden vuoden aikana.

Aiheesta aiemmin:

Analytiikkaa vaikka matkapuhelimella

Fotoniikan Oscar -palkinto Suomeen