211service.com
Eenvoudig te maken nanosensoren
Een van de meest overtuigende beloften van nanotechnologie zijn kleine detectoren die onmiddellijk kunnen screenen op honderden gifstoffen of ziekteverwekkers. Gebundeld in kleine draagbare apparaten, kunnen deze sensoren snelle waarschuwingen geven voor bioterreuraanvallen. Ze kunnen ook worden gebruikt om vroege tekenen van kanker snel en nauwkeurig op te sporen, voordat de ziekte dodelijk wordt. (Zie Drogisterijkankertests.)
Een artistiek concept van nanodraadsensoren die in staat zijn om zeer kleine concentraties van specifieke moleculen te detecteren. Een nieuwe techniek voor het maken van deze sensoren zou kunnen leiden tot een wijdverbreid gebruik in draagbare apparaten, met toepassingen van elementaire wetenschap tot kankerscreening.
Nu hebben onderzoekers van Yale University ultragevoelige sensoren op nanoschaal ontwikkeld die eenvoudig te vervaardigen zijn. De sensoren zijn gebaseerd op halfgeleidende nanodraden, die afzonderlijke virusdeeltjes of ultralage concentraties van een doelstof kunnen detecteren, zoals andere onderzoekers al hebben aangetoond. (Zie Supergevoelig scherm .) Het is echter moeilijk gebleken om nanodraadsensorapparaten in massa te produceren. Om te beginnen zijn de methoden die worden gebruikt om ze te maken meestal onverenigbaar met de methoden die worden gebruikt om de elektronica te maken die de signalen die de nanodraden genereren, versterkt en verwerkt.
In het proces dat is ontwikkeld door Mark Reed, een professor in elektrotechniek en toegepaste fysica, en zijn collega's, kunnen nanodraadsensoren worden geproduceerd met methoden die compatibel zijn met de high-throughput-technieken van de halfgeleiderindustrie. Op deze manier geproduceerde sensoren kunnen worden geïntegreerd met de elektronica die nodig is om gegevens te verwerken, wat mogelijk kan leiden tot compacte en relatief betaalbare apparaten.
Dergelijke sensoren zouden veel kleiner kunnen zijn dan standaard optische detectoren en eenvoudiger te gebruiken. Omdat de sensoren zouden zijn gebaseerd op een elektronisch signaal, hoeven doelmoleculen niet chemisch te worden gelabeld met fluorescerende moleculen en vervolgens te worden waargenomen door omvangrijke optische lezers. Duizenden sensoren kunnen in een handapparaat worden verpakt, dat vrijwel onmiddellijk resultaten kan opleveren.
Om hun sensoren te maken, gebruikten Reed en zijn collega's een proces dat vergelijkbaar is met het proces dat wordt gebruikt om computerchips te modelleren.
De onderzoekers beginnen met in de handel verkrijgbare films van silicium bovenop een isolatiemateriaal; vervolgens gebruiken ze conventionele technieken om patronen van lijnen, maskers genaamd, vast te leggen die de locatie van de nanodraden bepalen. Vervolgens etsen ze het silicium weg dat niet door de maskers wordt bedekt. Hoewel de maskers niet dun genoeg zijn om nanodraden te produceren, laten de onderzoekers de ets doorgaan met het wegvreten van het materiaal onder de randen van het masker, waarmee de taak is voltooid. Met behulp van het proces konden de onderzoekers meerdere nanosensoren op dezelfde chip maken.
In experimenten beschreven in de uitgave van het tijdschrift van deze week Natuur , werden de sensoren gebruikt om verschillende dingen te detecteren, waaronder specifieke antilichamen. De nanodraden worden eerst gespot met moleculen die zijn ontworpen om te binden aan het doelantilichaam; wanneer het doelwit aanwezig is en de koppeling wordt gemaakt, verandert de geleidbaarheid in de nanodraad, waardoor een leesbaar signaal ontstaat. Aangezien het immuunsysteem van het lichaam minieme hoeveelheden antilichamen produceert als reactie op ziekten zoals kanker, kunnen de apparaten worden gebruikt voor vroege diagnoses.
Hoewel hij niet zal specificeren wanneer apparaten die de sensoren gebruiken beschikbaar zullen zijn, zegt Reed dat dit binnenkort zou moeten gebeuren. Ik werk aan veel dingen die ik in mijn leven nooit zal zien, zegt hij. Dit zal tijdens mijn leven gebeuren.