Kot doktorska študentka na univerzi Harvard je inženirka Sindy KY Tang študirala pri slavnem kemiku Georgeu M. Whitesidesu - pionirju nanoznanosti, področju, ki zdaj obvešča vse, od elektronike do medicinske diagnostike. Medtem ko je bil Tang v njegovi ekipi, je Whitesides sodeloval v projektu DARPA, da bi našel načine kodiranja sporočil v bakterijah. V sistemu, ki ga je razvil on in njegovi sodelavci, je bilo mogoče sporočila kodirati kot pike bakterij na krožniku in jih dekodirati z dodajanjem določenega kemičnega sredstva, ki bi ob srečanju z bakterijami povzročilo flourescentni sijaj. Vzorec bi lahko nato prevedli, da bi razkrili skrivno sporočilo.
Čez štiri leta Tang to isto idejo uveljavi v svojem laboratoriju na Stanfordu, kjer je docentka za strojništvo. Toda namesto da bi sporočila pošiljala naprej in nazaj, uporablja kemijo, da opazi onesnaževalce v vodi. Naprava, prototip, ki je bil nedavno opisan v reviji Lab on Chip, se spusti v tok ali vrtino, ustvari črtno kodo, ki kaže tako koncentracijo kot tudi ostanke onesnaževal, kot je svinec, v vodi - elektrike ni potrebno.
Naprava, ki ima trenutno velikost rožnatega prsta, omogoča nadzorovano kemično reakcijo, ko se premika skozi vodo. Prozorno silikonsko ohišje vsebuje dve tanki cevi, vsako napolnjeno z gelasto spojino. En konec vsake cevi se poveže z rezervoarjem, ki vsebuje reaktant kemikalije; drugi konec je odprt za okolje, tako da lahko voda prodre v napravo.
Kemikalija v rezervoarju se premika skozi epruvete gela s predvidljivo hitrostjo. Ko se naprava premika po potoku navzdol, voda priteče v gel z druge strani. Če je kemikalija, ki jo je treba pregledati, v tem prvotnem primeru svinec, pride do reakcije, ki v epruveti ustvari netopno, vidno znamenje. Te oznake ustvarijo črtno kodo, ki jo lahko znanstveniki preberejo, da določijo količino in lokacijo svinca v določenem vodovodu.
Tangina ekipa je uspešno izvedla teste z dvema različnima vzorcema vode, oba v čašah v njenem laboratoriju. Raziskovalci so počasi dodali svinec vzorcem vode, enega iz laboratorija in drugega iz nevarnosti za vodo na golf igrišču Stanford, nato pa so si lahko ogledali njihove dodatke, kodirane na senzorju. Preden bodo kapsule lahko preizkusili na terenu, pa bodo morali določiti način, kako jih po odstranitvi nabrati. Ena izmed možnih rešitev bi bila, da v silikonsko ohišje dodate majhne magnetne delce in jih na drugi strani uporabite za magnet.
Trenutno senzor še vedno ni zelo natančen. "Naša omejitev odkrivanja je zelo visoka, zato ne bomo mogli zaznati [svinca], dokler ni že zelo skoncentriran, " razlaga Tang. In njegova kemija lahko na tem mestu zazna le svinec. Toda v nadaljevanju bi lahko kapsulo spremenili tako, da bi preverila, ali obstajajo drugi pogosti kontaminanti. Silikonska lupina lahko vsebuje več cevi, uglašenih za različne onesnaževalce, kot sta živo srebro in aluminij, kar uporabnikom omogoča, da v enem testu opravijo pregled širokega spektra. Tang poudarja, da je naprava še vedno le dokaz koncepta in je daleč od uporabe. "Želeli smo pokazati, kako bo ideja delovala - da jo lahko uporabite in uporabite drugo kemijo, " pravi.
Če bi bil uspešen, bi Tangov sistem rešil veliko uganko za testiranje vode. Trenutni prototip predstavlja prvič, ko je kdo lahko zaznal več kot "da ali ne" odgovor o onesnaženosti s težkimi kovinami v vodnih virih. Trenutne metode, na primer ročni daljinec, imenovan ANDalyze, morajo za testiranje odstraniti vzorce iz vodnega vira. Uporabniki lahko v tem primeru ugotovijo prisotnost kovin, vendar nimajo možnosti, da bi izolirali svoj vir v oskrbi z vodo. Tudi če bi senzorji lahko potovali v razpoke in razpoke, da bi dosegli podzemno vodo, poslastica elektronskih komponent pomeni tudi, da morda ne bodo preživeli dobro pod zemljo, kjer se toplota in tlak znatno povečata.
Pri sedanji velikosti bi lahko Tangov senzor uporabil za iskanje onesnaževal in njihovih virov v potokih, vendar je njegov končni cilj spuščanje sistema do nanosedela - približno en milimeter. "Prava prvotna motivacija je bila potreba po zaznavanju pod zemljo, kjer bi imeli luknjo ali vrtino, kjer senzorjev ne bi mogli razpršiti in jih [zbrati] na drugem koncu [z uporabo trenutne tehnologije], " razlaga. Kot je Tang povedal za Stanford News, "Kapsule bi morale biti dovolj majhne, da se lahko prilegajo skozi razpoke v skalah, in dovolj robustne, da lahko preživijo vročino, pritisk in surovo kemično okolje pod zemljo." Še en velik kos uganke: Tang isn Nisem še prepričan, kako zbrati senzorje po razpršitvi.
Na zaslonu je veliko vode. Po podatkih Agencije za varstvo okolja je približno 95 odstotkov vseh virov sladke vode v ZDA pod zemljo. Ti viri so dovzetni za najrazličnejše onesnaževalce, ki v oskrbo prihajajo iz vodovodnih, industrijskih in splošnih odpadkov. Tam je lahko tudi precej zdravil na recept.
Konec koncev bi postopek miniaturizacije, za katerega Tang pravi, da še traja, lahko povzročil tudi spremembo v oblikovanju. Namesto linearnih cevi, ki potekajo vzporedno, bi bili milimetrski velikosti senzorji okrogle pike, je poudarila. V tem primeru bi se črtna koda predstavila kot krogi namesto črte, "kot obroči na drevesu", pravi.
