Des chercheurs de l'Université du Delaware développent des capteurs qui, espèrent-ils, permettront en temps réel, détection in situ des polluants de l'eau et de l'air de manière peu coûteuse et respectueuse de l'environnement.

Juejun Hu et Chaoying Ni du Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'UD créent de petits, des appareils très sensibles qui détecteront les matières organiques, espèces moléculaires inorganiques et biologiques à de faibles concentrations dans l'environnement. L'équipe est financée par une subvention de démarrage du programme expérimental du Delaware de la National Science Foundation pour stimuler la recherche concurrentielle (EPSCoR).

"Nous fabriquons des nanostructures pour détecter des molécules chimiques de manière très sensible, " dit Hu, un professeur adjoint qui est le chercheur principal du projet.

Avec la poursuite de la recherche et du développement, les appareils pourraient être intégrés dans un portable, ensembles de capteurs alimentés par batterie, remplacer les détecteurs moléculaires plus traditionnels, qui nécessitent des équipements encombrants et coûteux.

Déployé en réseau sur le terrain, un réseau de petits capteurs pourrait détecter la contamination dans l'air, l'eau et le sol en temps réel et relayer cette information sans fil à un ordinateur.

Un obstacle majeur empêchant les petits capteurs de devenir des remplacements pratiques pour les machines encombrantes est que la nouvelle technologie est encore moins sensible et spécifique dans sa détection que les instruments actuellement utilisés. Le projet vise à créer des capteurs qui surmontent ces obstacles.

"C'est un nouveau type de capteur, " dit Ni, professeur agrégé. "C'est très petit et, plus important, c'est très sensible et très spécifique."

Les chercheurs utilisent un faisceau d'ions focalisé (FIB) pour percer des trous dans une fine bande de verre chalcogénure (ChG) de quelques micromètres d'épaisseur, ou environ un dixième de la largeur d'un cheveu. Lorsque la lumière traverse la bande, les molécules de l'environnement absorbent sélectivement une ou plusieurs couleurs particulières de la lumière. Les signaux d'absorption optique uniques peuvent ensuite être utilisés pour identifier la présence et la concentration des molécules d'intérêt. Les chercheurs prévoient de regrouper plusieurs des minuscules, dispositifs de la taille d'une puce ensemble pour créer un capteur capable de détecter plusieurs types de molécules.

"À la fin, l'appareil sera très sensible par rapport à la technologie actuelle. Nous nous attendons à une amélioration d'environ deux à quatre ordres de grandeur, " a déclaré Hu. " Il sera également petit et laissera une très petite empreinte. Une fois intégré, il aura la taille d'une rondelle de hockey et pourra être placé discrètement dans l'environnement."

Depuis que les chercheurs ont commencé le projet il y a environ un an, ils ont réussi à créer plusieurs puces, bien qu'ils aient rencontré quelques problèmes en cours de route.

"La fabrication de l'appareil a été difficile, " dit Ni. " Les trous doivent être percés avec une grande précision. C'est pourquoi nous avons besoin du faisceau d'ions focalisé, ce qui s'est avéré parfait pour ce projet."

Bien que le projet en soit encore à ses débuts, les tests n'ayant commencé que l'automne dernier, Hu envisage déjà les avantages pratiques que les appareils pourraient avoir pour l'environnement.

« Nous serons en mesure de surveiller en permanence les polluants environnementaux, ainsi nous saurons si l'eau d'un ruisseau est polluée ou si une usine chimique fuit. Nous pouvons également l'utiliser pour détecter les fuites toxiques dans les installations industrielles, " il a dit.

Hu a ajouté qu'une fois la technologie suffisamment sensible, les capteurs à puce pourraient être utiles dans d'autres domaines, y compris la biomédecine.

"Nous pourrions utiliser les appareils pour vérifier certaines maladies en analysant l'haleine d'un patient, " at-il dit. " Le capteur serait capable de détecter des traces de molécules dans l'air qu'ils expirent. "

Ni a convenu que les appareils pourraient avoir un impact significatif. "Ils pourraient être un type de chose qui change la donne, " il a dit.