Sebagai pelajar PhD di Universiti Harvard, jurutera Sindy KY Tang belajar di bawah ahli kimia terkenal George M. Whitesides-perintis dalam nanosains, bidang yang kini memberitahu semua dari elektronik kepada diagnostik perubatan. Semasa Tang berada di dalam pasukannya, Whitesides terlibat dalam projek DARPA untuk mencari cara pengekodan mesej dalam bakteria. Dalam sistem dia dan rekannya berkembang, mesej dapat dikodkan sebagai titik bakteria pada plat dan diterangkan dengan menambah agen kimia tertentu yang, apabila ia bertemu bakteria, akan menyebabkan cahaya bercahaya. Corak kemudiannya diterjemahkan untuk mendedahkan mesej rahsia.
Empat tahun kemudian, Tang menerapkan idea yang sama di makmalnya di Stanford, di mana beliau adalah seorang penolong profesor kejuruteraan mekanikal. Tetapi daripada menghantar mesej ke belakang dan sebagainya, dia menggunakan kimia untuk melihat pencemaran di dalam air. Apabila jatuh ke dalam aliran atau baik, perantinya, prototaip yang baru-baru ini diterangkan dalam jurnal Lab pada Chip, menghasilkan kod bar yang menunjukkan kepekatan dan keberadaan polutan, seperti plumbum, dalam air-tiada elektrik diperlukan.
Peranti, yang pada masa ini kira-kira saiz jari merah jambu, memudahkan tindak balas kimia dikawal apabila ia bergerak melalui air. Perumahan silikon yang jelas mengandungi dua tiub nipis, masing-masing dipenuhi dengan sebatian gel. Satu hujung setiap tiub menyambung kepada takungan yang mengandungi bahan kimia reaktan; hujung yang lain terbuka kepada alam sekitar, supaya air dapat meresap ke dalam peranti.
Bahan kimia dalam takungan bergerak melalui tiub gel pada kadar yang boleh diramal. Apabila peranti bergerak ke bawah aliran, air mengalir ke dalam gel dari sisi yang lain. Jika bahan kimia yang ditayangkan untuk hadir-dalam kes awal ini, tindak balas-berlaku berlaku, mewujudkan satu tanda yang tidak boleh larut dalam tiub. Tanda-tanda tersebut mencipta kod bar yang boleh dibaca saintis untuk menentukan jumlah dan lokasi plumbum dalam bekalan air tertentu.
Pasukan Tang telah berjaya menjalankan ujian dengan dua sampel air yang berbeza, sama ada di dalam makmal di makmalnya. Para penyelidik perlahan-lahan menambah membawa kepada sampel air, satu dari makmal dan yang lain dari bahaya air di padang golf Stanford, dan kemudian dapat melihat tambahan mereka yang dikodkan pada sensor selepas itu. Sebelum mereka dapat menguji kapsul di lapangan, bagaimanapun, mereka perlu menyediakan cara untuk mengumpulnya selepas penggunaan. Satu penyelesaian yang mungkin adalah untuk menambah zarah magnet kecil ke dalam perumahan silikon dan menggunakan magnet untuk memancing mereka di sisi lain.
Kini, sensor masih tidak begitu tepat. "Had pengesanan kami adalah sangat tinggi, jadi kami tidak dapat mengesan [plumbum] sehingga ia sudah sangat tertumpu, " jelas Tang. Dan kimianya hanya dapat mengesan plumbum pada ketika ini. Tetapi, ke depan, kapsul itu boleh diubah suai untuk memeriksa pencemar biasa yang lain. Cangkang silikon boleh mengandungi pelbagai tiub yang ditala untuk pencemaran yang berbeza, seperti merkuri dan aluminium, yang membolehkan pengguna melakukan pemeriksaan spektrum luas dalam satu ujian. Tang menekankan bahawa peranti itu masih merupakan bukti konsep dan jauh dari pelaksanaan. "Kami mahu menunjukkan bagaimana idea itu akan berfungsi-supaya anda boleh menggunakannya dan menggunakan kimia lain, " katanya.
Sekiranya berjaya, sistem Tang akan menyelesaikan teka-teki pengujian air yang besar. Prototaip semasa ini merupakan kali pertama sesiapa sahaja dapat mengesan lebih daripada jawapan "ya atau tidak" mengenai pencemaran logam berat di sumber air. Kaedah semasa, seperti alat kawalan jauh yang dipanggil ANDalyze, mesti mengeluarkan sampel dari sumber air untuk ujian. Dalam hal ini, dia menerangkan, pengguna dapat mengenal pasti kehadiran logam, tetapi tidak ada cara untuk mengasingkan sumbernya dalam bekalan air. Sekalipun sensor dapat mengembara ke retakan dan retakan untuk mencapai air bawah tanah, kelezatan komponen elektronik juga bermakna mereka mungkin tidak dapat bertahan dengan baik di bawah tanah, di mana panas dan tekanan meningkat dengan ketara.
Pada saiz semasa, sensor Tang boleh digunakan untuk mencari bahan pencemar dan sumber mereka dalam aliran, tetapi mendapatkan sistem ke nanoscale-kira-kira satu milimeter-adalah matlamat muktamadnya. "Motivasi asal sebenar adalah keperluan untuk merenung bawah tanah, di mana anda akan mempunyai lubang atau telaga di mana anda tidak boleh menyebarkan sensor dan mengumpul [mereka] di ujung yang lain [menggunakan teknologi semasa], " jelasnya. Seperti yang dikatakan oleh Tang kepada Stanford News, "Kapsul mestilah cukup kecil untuk disesuaikan dengan retakan dalam lapisan batu, dan cukup kuat untuk bertahan dengan haba, tekanan dan persekitaran kimia yang keras di bawah tanah." Satu lagi teka-teki besar: Tang isn belum pasti bagaimana untuk mengumpul sensor selepas penyebaran.
Terdapat banyak air untuk skrin. Menurut Agensi Perlindungan Alam Sekitar, kira-kira 95 peratus daripada semua sumber air tawar di AS berada di bawah tanah. Sumber-sumber tersebut mudah terdedah kepada pelbagai jenis bahan pencemar yang menjana bekalan dari paip, industri dan sisa umum. Terdapat juga ubat preskripsi yang adil di sana juga.
Akhirnya, proses pengecilan, yang dikatakan oleh Tang masih bertahun-tahun, mungkin juga membiak perubahan dalam reka bentuk. Daripada tiub linear yang berjalan secara selari, sensor berukuran milimeter akan menjadi titik putaran, dia berpose. Dalam kes itu, kod bar akan menunjukkan dirinya sebagai lingkaran dan bukannya jalur, "seperti cincin di atas pokok, " katanya.
