En profitant d'un phénomène qui était jusqu'à présent un véritable écueil pour les concepteurs en électronique, une équipe dirigée par le Panos Datskos du Laboratoire national d'Oak Ridge développe un capteur chimique et biologique d'une sensibilité sans précédent.

Finalement, les chercheurs pensent que ce nouveau « renifleur » atteindra un niveau de détection proche de la limite théorique, surpassant les autres capteurs chimiques de pointe. Les implications pourraient être importantes pour toute personne dont le travail consiste à détecter des explosifs, agents biologiques et stupéfiants.

« Alors que la communauté des chercheurs a évité la non-linéarité associée aux oscillateurs mécaniques à l'échelle nanométrique, nous l'embrassons, " a déclaré le co-développeur Nickolay Lavrik, membre de la Division des sciences des matériaux en nanophase du laboratoire du Département de l'énergie. "À la fin, nous espérons avoir un appareil capable de détecter des quantités incroyablement petites d'explosifs par rapport aux capteurs chimiques d'aujourd'hui."

L'appareil se compose d'un appareil photo numérique, un laser, optique d'imagerie, un générateur de signaux, traitement du signal numérique et d'autres composants qui, collectivement, un peu comme le nez d'un chien, peut détecter de petites quantités de substances dans l'air.

Le concept sous-jacent est basé sur des résonateurs à micro-échelle similaires aux micro-cantilevers utilisés en microscopie à force atomique, qui a récemment été exploré en tant que dispositifs de détection de masse et de force. Bien que le principe de base soit simple - mesurer les changements de fréquence de résonance dus aux changements de masse - un certain nombre d'obstacles ont entravé les applications généralisées de tels systèmes.

"Ces défis sont dus aux exigences de mesurer et d'analyser de minuscules amplitudes d'oscillation qui ont environ la taille d'un atome d'hydrogène, " a déclaré Lavrik. De telles approches traditionnelles nécessitent des composants électroniques sophistiqués à faible bruit tels que des amplificateurs à verrouillage et des boucles à verrouillage de phase, qui ajoutent des coûts et de la complexité.

Au lieu, ce nouveau type de renifleur fonctionne en frappant délibérément les microporte-à-faux avec des quantités d'énergie relativement importantes associées à une gamme de fréquences, les forçant dans une large oscillation, ou mouvement. Lavrik a comparé la réponse au mouvement d'un plongeoir après qu'un nageur ait plongé.

"Autrefois, les gens voulaient éviter cette amplitude élevée en raison de la distorsion élevée associée à ce type de réponse, " dit Datskos, membre de la Division des sciences de la mesure et de l'ingénierie des systèmes. "Mais maintenant, nous pouvons exploiter cette réponse en réglant le système sur une fréquence très spécifique associée au produit chimique ou au composé spécifique que nous voulons détecter."

Lorsque le produit chimique cible réagit avec le microcantilever, il décale la fréquence en fonction du poids du composé, assurant ainsi la détection.

« Avec cette nouvelle approche, lorsque le microcantilever cesse d'osciller, nous savons avec une grande certitude que le produit chimique ou composé cible est présent, " dit Lavrik.

Les chercheurs envisagent d'intégrer cette technologie dans un instrument portatif qui pourrait être utilisé par les agents de contrôle de la sécurité des transports, les forces de l'ordre et les militaires. D'autres applications potentielles sont en biomédecine, sciences de l'environnement, la sécurité intérieure et la chimie analytique.

Avec des niveaux de financement adéquats, Datskos envisage le développement d'un prototype d'ici six à 18 mois.