Bilim insanları; mikroskop kullanmadan doğrudan tek hücreleri görüntüleyebilen veya bir akıllı telefondan kimyasal parmak izi analizini mümkün kılan ultra minyatür bir cihaz tasarladılar.
İnsan saçlarından 1000 kat daha ince tek bir nanotelden yapılmış cihaz; şimdiye kadar tasarlanmış en küçük spektrometredir. Bir akıllı telefon kamerasından yiyeceklerin tazeliğini, ilaçların kalitesini ve hatta sahte nesneleri tanımlamak gibi potansiyel uygulamalarda kullanılabilir.
17. yüzyılda, Isaac Newton; ışığın bir prizmadan ayrılması konusundaki gözlemleriyle, ışık ve madde spektroskopisi arasındaki etkileşimi inceleyen yeni bir bilim alanının temelini attı.
Günümüzde optik spektrometreler; endüstrideki ve hemen hemen tüm bilimsel araştırma alanlarındaki temel araçlardır. Işığın özelliklerini analiz ederek; spektrometreler bize, protein moleküllerinin özelliklerine kadar milyonlarca ışıkyılı uzaklıktaki galaktik bulutsu içindeki süreçleri anlatabilir.
Bununla birlikte, şimdi bile; spektrometrelerin çoğu Newton’un prizmasıyla gösterdiğine benzer prensiplere dayanır: Işığın farklı spektral bileşenlere uzamsal olarak ayrılması… Böyle bir temel, spektrometrelerin boyutunu temelde sınırlar. Genellikle hacimli ve karmaşıktır ve bir madeni paradan çok daha küçük boyutlara çekmek zordur. Newton’dan dört yüz yıl sonra, Cambridge Üniversitesi araştırmacıları; daha önce bildirilenden bin kat daha küçük bir sistem üretmek için bu zorluğun üstesinden geldi.
İngiltere, Çin ve Finlandiya’dan meslektaşları ile çalışan Cambridge ekibi; malzeme kompozisyonu uzunluğu boyunca değişen bir nanotel kullandı ve görünür spektrumdaki farklı ışık renklerine duyarlı olmasını sağladı. Bilgisayar çiplerinin imalatında kullanılanlara benzer teknikler kullanarak, bu nanotelde bir dizi ışığa duyarlı bölüm oluşturdular.
Araştırmacı Zongyin Yang: “Bir prizma gibi, dağınık unsurlardan kurtulmamıza izin veren, geleneksel spektrometrelerden daha basit, ultra minyatür bir sistem üreten bir nanotel tasarladık. Nanotel bölümlerinden aldığımız bireysel tepkiler, olay ışık spektrumunu yeniden oluşturmak için bir bilgisayar algoritmasına doğrudan beslenebilir.”
Araştırmacı Tom Albrow-Owen: “Fotoğraf çektiğinizde, piksel olarak depolanan bilgiler; genellikle yalnızca üç bileşenle (kırmızı, yeşil ve mavi) sınırlanır. Cihazımızla, her piksel görünür spektrumdaki veri noktalarını içerir, bu nedenle gözlerimizin algılayabileceği renklerin çok ötesinde ayrıntılı bilgi edinebiliriz. Bu bize örneğin görüntü çerçevesinde meydana gelen kimyasal işlemler hakkında bilgi verebilir.”
Dr. Tawfique Hasan: “Yaklaşımımız, doğrudan akıllı telefonlara dahil edildiğini görecek bir ölçüde; spektroskopik cihazların eşi görülmemiş bir şekilde küçültülmesine izin verebilir, laboratuvardan güçlü analitik teknolojiler sağlandı.”
Nanotelin en umut verici potansiyel kullanım alanlarından biri de biyolojide olabilir. Cihaz çok küçük olduğu için, tek bir hücreyi mikroskop gerektirmeden doğrudan görüntüleyebilir. Ayrıca diğer biyolojik görüntüleme tekniklerinden farklı olarak; nanotel spektrometresi ile elde edilen bilgiler, her pikselin kimyasal parmak izinin ayrıntılı bir analizini içerir.
Araştırmacılar; oluşturdukları platformun ultraviyole ışınlarından kızılötesi alana kadar tamamen yeni nesil ultra kompakt spektrometrelere yol açabileceğini umuyorlar. Bu teknolojiler; çip üzerinde laboratuvar sistemleri, biyolojik implantlar ve akıllı giyilebilir cihazlar dahil olmak üzere çok çeşitli tüketici, araştırma ve endüstriyel uygulamalar için kullanılabilir.
Cambridge ekibi teknolojinin patentini aldı ve önümüzdeki beş yıl içinde gerçek hayatta uygulamaları görmeyi umuyor.
