A Harvard Egyetemen folytatott doktori hallgatóként Sindy KY Tang mérnök, George M. Whitesides híres vegyész mellett tanulmányozta - a nanotudomány úttörője - olyan területet, amely az elektronikától egészen az orvosi diagnosztikáig terjed. Amíg Tang a csapatában volt, a Whitesides részt vett egy DARPA projektben, amelynek célja az üzenetek kódolása baktériumokban. Az ő és munkatársai által kifejlesztett rendszerben az üzeneteket baktérium pontokként lehet kódolni egy tányérra, és dekódolni egy speciális kémiai anyag hozzáadásával, amely a baktériumokkal való találkozáskor fluoreszkáló fényt okozna. A mintát ezután le lehet fordítani egy titkos üzenet feltárására.
Négy évvel később, Tang ugyanezt az elképzelést alkalmazza a Stanfordi laboratóriumában, ahol gépészmérnöki adjunktus. De ahelyett, hogy oda-vissza üzeneteket küldne, kémiát használ a szennyező anyagok vízben történő észlelésére. Amikor egy patakba vagy kútba esik, eszköze, a prototípus, amelyet a közelmúltban a Lab on a Chip folyóiratban írtak le, vonalkódot hoz létre, amely jelzi a szennyező anyagok, például az ólom koncentrációját és tartózkodási helyét vízben - nincs szükség villamos energiára.
Az eszköz, amely jelenleg körülbelül egy rózsaszínű ujj, megkönnyíti a szabályozott kémiai reakciót, amikor a vízen mozog. Az átlátszó szilikon ház két vékony csövet tartalmaz, amelyek mindegyike gélvegyülettel van feltöltve. Minden cső egyik vége egy reaktáns vegyi anyagot tartalmazó tartályhoz kapcsolódik; a másik vége nyitva van a környezethez, így a víz beszivároghat az eszközbe.
A tartályban lévő vegyi anyag kiszámítható sebességgel mozog a gélcsöveken. Ahogy az eszköz egy patak mentén mozog, a víz a másik oldalról áramlik a gélbe. Ha jelen van a vizsgált vegyi anyag - ebben az első esetben az ólom -, akkor a reakció zajlik, oldhatatlan, látható jelet hozva a csőbe. Ezek a jelölések vonalkódot hoznak létre, amelyet a tudósok elolvashatnak az ólom mennyiségének és elhelyezkedésének meghatározásához egy adott vízellátásban.
Tang csapata sikeresen elvégzett teszteket két különböző vízmintával, mind a laboratóriumi főzőpoharakban. A kutatók lassan hozzáadtak ólmot a vízmintákhoz, az egyik a laboratóriumból, a másik a vízveszélyt jelentette a Stanford golfpályán, majd utólag láthatták a kiegészítéseket az érzékelőre kódolva. Mielőtt kipróbálhatnák a kapszulákat a terepen, ki kell állítaniuk a gyűjtés módját a telepítés után. Az egyik lehetséges megoldás az, ha apró mágneses részecskéket adunk a szilikonházba, és mágnes segítségével a másik oldalról kiürítjük azokat.
Jelenleg az érzékelő még mindig nem túl pontos. "A detektálási korlátunk nagyon magas, így csak akkor tudjuk kimutatni a [ólomot], amíg az már nem nagyon koncentrált" - magyarázza Tang. És kémiája csak ezen a ponton képes az ólom kimutatására. De haladunk tovább, a kapszulát módosíthatjuk más általános szennyeződések ellenőrzésére. A szilikon burkolat több csövet tartalmazhat, amelyek különböző szennyeződésekre, például higanyra és alumíniumra vannak hangolva, így a felhasználók széles spektrumú szűrést végezhetnek egy tesztben. Tang hangsúlyozza, hogy az eszköz továbbra is csak a koncepció bizonyítéka, és messze van a megvalósítástól. "Meg akartuk mutatni, hogyan fog működni az ötlet - hogy felhasználhassa és más kémiát is alkalmazzon" - mondja.
Ha sikerrel jár, Tang rendszere egy nagy víztesztelési rejtvényt old meg. A jelenlegi prototípus először reprezentálja, amikor valaki több, mint „igen vagy nem” választ képes észlelni a vízforrások nehézfém-szennyezettségéről. A jelenlegi módszereknek, például az ANDalyze néven működő kézi távirányítónak el kell távolítani a mintákat a vízforrásból a vizsgálathoz. Ebben az esetben, a magyarázat szerint a felhasználók azonosíthatják a fémek jelenlétét, de nincs módjuk a vízforrásból származó forrás elkülönítésére. Még ha az érzékelők repedésekbe és hasadásokba is eljuthatnak, hogy elérjék a felszín alatti vizet, az elektronikus alkatrészek finomsága azt is jelenti, hogy valószínűleg nem maradnak túl jól a föld alatt, ahol a hő és a nyomás jelentősen növekszik.
A jelenlegi méreténél a Tang-érzékelő felhasználható lenne szennyező anyagok és forrásaik feltárására a patakokban, de a végső célja a rendszer nanoméretűre állítása - körülbelül egy milliméter -. "Az igazi eredeti motiváció a föld alatti érzékelés iránti igény volt, ahol lyuk vagy kút lenne, ahol nem lehet az érzékelőket szétszórni, és a másik végén összegyűjteni őket (a jelenlegi technológiát használva)" - magyarázza. Mint Tang mondta a Stanford News-nak : „A kapszulának elég kicsinek kell lennie ahhoz, hogy átférjen a sziklarétegek repedésein, és elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy túlélje a talaj alatti hőt, nyomást és a kemény kémiai környezetet.” A puzzle egy újabb nagy darabja: Tang nem Még nem tudom, hogyan lehet összegyűjteni az érzékelőket a diszperzió után.
Rengeteg víz van szitálásra. A Környezetvédelmi Ügynökség szerint az Egyesült Államokban az édesvíz-források kb. 95% -a föld alatti. Ezek a források sokféle szennyeződésre érzékenyek, amelyek a vízvezetékből, az iparból és az általános hulladékokból beszivárognak. Itt is jó mennyiségű vényköteles gyógyszer található.
Végül a miniatürizálási folyamat - amely Tang szerint még évek óta távol van - szintén változást idézhet elő a tervezésben. A párhuzamosan futó lineáris csövek helyett a milliméter méretű érzékelők kerek pontok lennének, állítja. Ebben az esetben a vonalkód csíkok helyett körként jelenik meg, „mint egy gyűrű egy fán” - mondja.
