Harvardi ülikooli doktorandina õppis insener Sindy KY Tang kuulsa keemiku George M. Whitesidesi käe all - nanoteaduse pioneer - valdkonnas, mis nüüd informeerib kõike elektroonikast meditsiinilise diagnostikani. Sel ajal, kui Tang oli oma meeskonnas, osales Whitesides DARPA projektis, et leida sõnumite kodeerimise võimalusi bakterites. Tema ja ta kolleegide väljatöötatud süsteemis võisid sõnumid kodeerida bakteripunktidena taldrikule ja dekodeerida, lisades konkreetse keemilise aine, mis bakteritega kohtumisel põhjustaks fluorestsentsi. Seejärel võiks mustri tõlkida, et paljastada salajane teade.
Neli aastat hiljem rakendab Tang sama ideed oma laboris Stanfordis, kus ta on masinaehituse dotsent. Kuid selle asemel, et sõnumeid edasi-tagasi saata, kasutab ta keemia abil vees saasteainete tuvastamist. Voolu või kaevu kukkumisel tekitab tema seade, prototüüp, mida hiljuti kirjeldati ajakirjas Lab on Chip, vöötkoodi, mis näitab nii saasteainete (nt plii) kontsentratsiooni kui ka asukohta vees - elektrit pole vaja.
Praegu umbes roosaka sõrme suurune seade hõlbustab vee kaudu liikudes kontrollitud keemilist reaktsiooni. Selge silikoonist korpus sisaldab kahte õhukest toru, millest igaüks on täidetud geeliühendiga. Iga toru üks ots ühendatakse reservuaariga, mis sisaldab reageerivat kemikaali; teine ots on keskkonnale avatud, nii et vesi võib seadmesse imbuda.
Reservuaaris olev kemikaal liigub geeli torude kaudu prognoositava kiirusega. Kui seade liigub voolu mööda, voolab vesi geelist teiselt poolt. Kui uuritav kemikaal on olemas - sel juhul plii -, toimub reaktsioon, luues torusse lahustumatu, nähtava jälje. Need märgistused loovad vöötkoodi, mida teadlased saavad lugeda, et määrata plii kogus ja asukoht konkreetses veevarustuses.
Tangi meeskond on katsed edukalt läbi viinud kahe erineva veeprooviga, mõlemad laboris keeduklaasides. Teadlased lisasid aeglaselt veeproovidele, üks laborist ja teine Stanfordi golfiväljakul asuva veeohu kohta ning seejärel nägid nad andurile kodeeritud lisandusi. Enne kui nad saavad kapsleid põllul katsetada, peavad nad siiski looma viisi, kuidas neid pärast kasutuselevõttu koguda. Üks võimalik lahendus oleks väikeste magnetiliste osakeste lisamine silikooni korpusesse ja nende teiselt poolt väljatõmbamiseks magnet.
Praegu pole andur endiselt väga täpne. "Meie avastamispiir on väga kõrge, nii et me ei suuda [pliid] tuvastada enne, kui see on juba väga kontsentreeritud, " selgitab Tang. Ja selle keemia suudab pliid tuvastada ainult sel hetkel. Kuid edasi liikudes võiks kapslit modifitseerida, et kontrollida muude tavaliste saasteainete olemasolu. Silikoonkest võib sisaldada mitmeid torusid, mis on häälestatud erinevate saasteainete, näiteks elavhõbeda ja alumiiniumi jaoks, võimaldades kasutajatel ühe katsega läbi viia laia toimespektriga sõelumine. Tang rõhutab, et seade on endiselt vaid kontseptsiooni tõestus ja on rakendusest kaugel. "Tahtsime näidata, kuidas idee töötab - et saaksite seda kasutada ja kasutada ka muud keemiaala, " ütleb ta.
Edu korral lahendaks Tangi süsteem suure veemõõtmise mõistatuse. Praegune prototüüp esindab esimest korda keegi, kes on suutnud tuvastada veeallikate raskemetallide saastumise kohta rohkem kui “jah või ei” vastuse. Praegused meetodid, näiteks käsitsi puldiga nimega ANDalyze, peavad proovid veeallikast testimiseks eemaldama. Ta selgitab, et sel juhul saavad kasutajad tuvastada metallide olemasolu, kuid neil pole vahendeid nende allika isoleerimiseks veevarustuses. Isegi kui andurid võivad põhjavette jõuda pragudesse ja lõhedesse, tähendab elektroonikakomponentide delikaatsus ka seda, et need ei pruugi maa all hästi elada, kus kuumus ja rõhk tõusevad märkimisväärselt.
Praegusel suurusel võiks Tangi andurit kasutada voolu saasteainete ja nende allikate leidmiseks, kuid tema lõppeesmärk on süsteemi viimine nanomõõtmesse - umbes ühe millimeetrini. "Tõeline algne motivatsioon oli vajadus maapealse tundlikkuse järele, kus oleks auk või kaev, kus te ei saaks andureid hajutada ja koguda [neid] teises otsas (kasutades praegust tehnoloogiat), " selgitab ta. Nagu Tang ütles Stanford News'ile, peaksid kapslid olema piisavalt väikesed, et need mahuksid läbi kivimikihi tekkinud pragude, ja piisavalt tugevad, et kuumusest, rõhust ja karmist keemilisest keskkonnast maapinnal püsima jääda. "Veel üks suur pusletükk: Tang pole Pole veel kindel, kuidas sensoreid pärast hajutamist koguda.
Sõelumiseks on palju vett. Keskkonnakaitseagentuuri andmetel on umbes 95 protsenti kõigist USA mageveevarudest maa all. Need allikad on vastuvõtlikud mitmesugustele saasteainetele, mis lekivad torustiku, tööstuse ja muude jäätmete tarbeks. Seal võib olla ka päris palju retseptiravimeid.
Lõppkokkuvõttes võib ka miniaturiseerimisprotsess, millest Tang leiab, et aastaid on veel kaugel, põhjustada muutusi ka kujunduses. Paralleelselt kulgevate lineaarsete torude asemel oleks millimeetri suurused sensorid ümmargused täpid, nendib ta. Sel juhul esitleks vöötkood triibude asemel ringjooni, nagu "puu otsas olevad rõngad", "nendib ta.
