În calitate de student la Universitatea Harvard, inginerul Sindy KY Tang a studiat-o pe faimosul chimist George M. Whitesides - un pionier în nanoștiință, domeniu care informează acum totul, de la electronică la diagnostice medicale. În timp ce Tang era în echipa sa, Whitesides a fost implicat într-un proiect DARPA de a găsi modalități de codificare a mesajelor în bacterii. În sistemul dezvoltat de el și de colegii săi, mesajele ar putea fi codate ca puncte de bacterii pe o placă și decodate prin adăugarea unui anumit agent chimic care, atunci când a întâlnit bacteriile, ar provoca o strălucire fluență. Modelul ar putea fi apoi tradus pentru a dezvălui un mesaj secret.
Patru ani mai târziu, Tang aplică aceeași idee în laboratorul ei de la Stanford, unde este profesor asistent de inginerie mecanică. Dar în loc să trimită mesaje înainte și înapoi, folosește chimia pentru a detecta contaminanții în apă. Când a fost aruncat într-un flux sau un puț, dispozitivul ei, un prototip care a fost descris recent în jurnalul Lab on a Chip, produce un cod de bare care indică atât concentrația, cât și unde se află poluanții, cum ar fi plumbul, în apă - fără electricitate necesară.
Dispozitivul, care are în prezent dimensiunea unui deget roz, facilitează o reacție chimică controlată pe măsură ce trece prin apă. Carcasa din silicon limpede conține două tuburi subțiri, fiecare umplut cu un compus gel. Un capăt al fiecărui tub se conectează la un rezervor care conține o substanță chimică reactantă; celălalt capăt este deschis mediului, astfel încât apa să poată scurge în dispozitiv.
Produsul chimic din rezervor se deplasează prin tuburile de gel într-un ritm previzibil. Pe măsură ce dispozitivul se deplasează pe un flux, apa curge în gel din cealaltă parte. Dacă este prezentă substanța chimică pentru care este testat - în acest caz inițial, plumb - are loc o reacție, creând o marcă insolubilă și vizibilă în tub. Aceste marcaje creează un cod de bare pe care oamenii de știință îl pot citi pentru a determina cantitatea și locația plumbului într-o anumită alimentare cu apă.
Echipa lui Tang a efectuat cu succes teste cu două probe diferite de apă, ambele în paharele din laboratorul ei. Cercetătorii au adăugat încet plumb la eșantioane de apă, unul de la laborator și celălalt din cauza unui pericol de apă pe terenul de golf Stanford și apoi au putut vedea adăugările lor codate pe senzor ulterior. Înainte de a putea testa capsulele în câmp, totuși, va trebui să stabilească o modalitate de a le colecta după desfășurare. O soluție posibilă ar fi adăugarea particulelor magnetice mici în carcasa siliconului și utilizarea unui magnet pentru a le pescui în cealaltă parte.
În acest moment, senzorul încă nu este foarte precis. „Limita noastră de detectare este foarte mare, așa că nu vom putea detecta [plumbul] până când nu este deja foarte concentrată”, explică Tang. Și chimia sa este capabilă doar să detecteze plumbul în acest moment. Dar, mergând înainte, capsula ar putea fi modificată pentru a verifica existența altor contaminanți obișnuiți. Învelișul de silicon ar putea conține mai multe tuburi reglate pentru diferiți contaminanți, cum ar fi mercur și aluminiu, permițând utilizatorilor să efectueze un screening cu spectru larg într-un singur test. Tang subliniază că dispozitivul este încă o dovadă a conceptului și este departe de implementare. „Am vrut să arătăm cum ar funcționa ideea - că o puteți folosi și aplica o altă chimie”, spune ea.
Dacă ar avea succes, sistemul lui Tang ar rezolva un mare puzzle de testare a apei. Prototipul actual reprezintă prima dată când oricine a putut detecta mai mult decât un răspuns „da sau nu” despre contaminarea cu metale grele din surse de apă. Metodele actuale, cum ar fi telecomanda de mână numită ANDalyze, trebuie să elimine probele dintr-o sursă de apă pentru testare. În acest caz, explică ea, utilizatorii pot identifica prezența metalelor, dar nu au mijloace de a-și izola sursa în alimentarea cu apă. Chiar dacă senzorii ar putea călători în fisuri și fisuri pentru a ajunge la apele subterane, delicatețea componentelor electronice înseamnă, de asemenea, că acestea nu pot supraviețui bine sub pământ, unde căldura și presiunea cresc semnificativ.
La dimensiunea sa actuală, senzorul Tang ar putea fi folosit pentru a găsi poluanți și sursele lor în fluxuri, dar reducerea sistemului la o nano-scară - aproximativ un milimetru - este obiectivul ei final. „Adevărata motivație originală a fost în nevoia de a detecta subteran, unde ați avea o gaură sau un puț unde nu puteți dispersa senzorii și puteți să-i colectați la celălalt capăt [folosind tehnologia actuală]”, explică ea. După cum a spus Tang pentru Stanford News, „capsulele ar trebui să fie suficient de mici pentru a se încadra prin fisurile din straturile de rocă și suficient de robuste pentru a supraviețui căldurii, presiunii și mediului chimic dur de sub pământ.” O altă piesă mare a puzzle-ului: Tang isn încă nu sunt sigur cum să colectați senzorii după dispersie.
Există multă apă pentru ecran. Potrivit Agenției pentru Protecția Mediului, aproximativ 95 la sută din toate resursele de apă dulce din SUA sunt subterane. Resursele respective sunt susceptibile la o mare varietate de poluanți care se scurg la aprovizionare din instalații sanitare, industrie și deșeuri generale. De asemenea, poate exista o cantitate corectă de medicamente pe bază de rețetă.
În cele din urmă, procesul de miniaturizare, despre care Tang spune că este încă la mai mulți ani, ar putea genera și o modificare a designului. Ea spune că în loc de tuburi liniare care rulează în paralel, senzorii de dimensiuni milimetrice ar fi puncte rotunde. În acest caz, codul de bare s-ar prezenta ca cercuri în loc de dungi, „ca inele pe un copac”, spune ea.
