Nese for molekyler

  • energi

IBM arbeider med å finne en teknisk løsning som etteraper den menneskelige nesen. Videokameraer og mikrofoner har jo lenge gjort en god jobb på et par av våre andre sanser, mens luktesansen har vært en vanskeligere nøtt å knekke.

Forskere ved IBMs europeiske forskningssenter i Zürich vil utnytte mulighetene som oppsto i kjølvannet av Nobelprisen som to av forskerne fikk for sitt arbeid med skanning tunnelling-mikroskopet.

I et slikt mikroskop skapes et ufattelig detaljert bilde av overflaten ved at en mikronål måler strømmen som oppstår når den føres nesten helt inntil overflaten som betraktes. En nyere variant av denne teknologien måler kreftene mellom atomene i spissen av nålen og atomene i overflatene av det som analyseres ved å måle bøyingen av bjelken den sitter på.

En mikron tykk

IBM forsøker å utvikle slike mikrobjelker til kjemiske sensorer. Bjelkene er ørsmå og er typisk 500 mikron lange, 100 mikron brede og mellom en og ti mikron tykke avhengig av bruksmåte. En mikron er en tusendedels millimeter. Bjelkene etses ut av silisium og belegges med gull og titan.

Ved å bruke mange slike bjelker med ulike belegg kan forskerne bygge en kunstig nese, som riktignok ikke kan måle seg mot vår egen, men som er svært følsom for visse molekyler.

Kan bli biosensorer

I samarbeid med universitetet i Basel har IBM bygget en nese med åtte ulike bjelker. Overflaten på hver av bjelkene er belagt med et spesielt polymerbelegg som gjør dem følsomme for forskjellige molekyler. De ulike beleggene adsorberer molekyler i analytten i forskjellige mengde. Dette påvirker grensen mellom bjelken og polymerbelegget slik at det skapes en bøyeeffekt. Graden av utbøying måles ved å registrere hvordan en laser reflekterer fra de ulike bjelkene. Ved å analyse resultatet fra hver av bjelkene og sammenlikne det med en database over sammensetningen av ulike stoffer, er det mulig å finne hva prøven består av. For eksempel kan Coca Cola skilles fra Pepsi Cola om det skulle være nødvendig. Teknologien kan brukes både til å analysere væsker og gasser.

– Dette er først og fremst et forskningsverktøy for å jobbe med overflateteknologi. I fremtiden kan dette bli en meget billig måte å lage biosensorer på, som ikke krever så mye forarbeid med prøvene som i dag. Vi tror det kan bli et marked for den til å måle DNA-sekvenser innene medisin og bioteknologi, sier forsker Marko Baller hos IBM i Zürich.

Fleksibel teknologi

Varianter av denne teknologien kan brukes på flere områder for å analysere ulike stoffer. For eksempel kan en bjelke som occillerer ved resonansfrekvensen benyttes som en massedetektor. Molekyler i miljøet rundt, for eksempel etanoldamp, vil diffundere inn i et polymerbelegg på bjelken og endre frekvensen. Forskerne har vist at metoden kan observerer en masseforandring på et picogram pr. hertz.

En annen variant er å bruke metoden i kalorimetri. Ved å belegge en silisiumbjelke med et metallag på én side, lages en bimetallbjelke. Den vil bøye seg med termiske endringer fordi de to metallene har ulik utvidelseskoeffesient. En slik bjelke gjør det mulig å måle svært små termiske endringer i små materialbiter som festes til den.