Billig supernäsa hittar mikroskopiska spår

2004-11-29 07:07  
Tullens hundar får se upp

Lukten av skadliga proteiner i blodet, aromen från gömd marijuana eller känslan av koldioxid i luften. Allt detta går att spåra med en ny, superkänslig sensor från Uppsala. Tekniken kan ge billiga engångssensorer, känsliga för tiotusentals olika ämnen, för hemsjukvård eller miljöövervakning.

Gunilla Wingqvist pumpar in olika molekyler i den mikroskopiska näsborren och registrerar hur den elektroniksa näsan vibrerar när den känner doften av rätt ämne.
Foto Mikael Wallerstedt
Under ett mikroskop i ett av Ångströmlaboratoriets många forskningslabb ligger en elektronisk näsa och luktar. Trots att den inte är större än ett saltkorn är den så känslig att den kan sniffa rätt på en handfull eftersökta molekyler.

Ännu så länge är det Gunilla Wingqvist och Johan Bjurström, doktorander vid avdelningen för fasta tillståndets elektronik, som bestämmer vad sensorn ska få lukta på. Men så småningom, utsläppt i friheten, ska den få känna doften av droger och sprängmedel. Eller lukten av sjuka ämnen i blod och urin.

Ilia Katardjiev
Den superkänsliga sensorn är egentligen en "elektroakustisk" våg som mäter massan på de molekyler som fastnar på dess mikrometerstora känselyta. Tekniken är känd sedan tidigare, men Ilia Katardjiev och hans forskarkollegor i tunnfilmsgruppen har gjort den tiotusentals gånger känsligare.

Vågen bygger på att en elektrisk signal får vågskålen att skaka. När skålen är tom har vågen en hög, bestämd resonansfrekvens. Men vartefter vågskålen fylls, och dess massa ökar, sjunker resonansfrekvensen. Hemligheten bakom Uppsalaforskarnas superkänsliga sensor är att de lyckats tillverka vågskålen så liten och tunn att den kan skaka vid betydligt högre frekvenser än hittills. I dag tillverkas vågskålarna av utsågade kvartsblock, vilket begränsar skakfrekvensen till något tiotal megahertz. Uppsalaforskarna tillverkar i stället sin våg av en mikrometertunn film av piezoelektrisk aluminiumnitrid, vilket gör att den vibrerar med flera gigahertz.

Eftersom känsligheten ökar med kvadraten på frekvensen, kan den nya vågen mäta ytterst små massor. Tyvärr sätter bruset och stabiliteten hinder i vägen för att utnyttja känsligheten fullt ut. Det går att kompensera bort, men Ilia Katardjiev väljer i stället att använda den ökade känsligheten till att göra en enklare och billigare våg med samma prestanda som dagens betydligt dyrare laboratorieutrustningar.

- Vi har som mål att göra en engångssensor som kostar omkring en euro, säger Ilia Katardjiev.

Jörgen Olsson
För den kostnaden är även elektroniken integrerad på chipset. Jörgen Olsson, forskargruppens elektrotekniker, utvecklar styrelektroniken som sätter vågen i svängning, och som registrerar avvikelserna i resonansfrekvens; det som utgör måttet på den vägda massan.

Gunilla Wingqvists utformar ytorna i vågskålen så att de blir känsliga för vissa ämnen. Bland annat kan ytan förses med antikroppar som får specifika biomolekyler att fastna i vågskålen. Därmed har hon, i samarbete med Biosensor Applications och Anita Lloyd Spetz vid Linköping universitet, gjort en biosensor som känner av ytterst små koncentrationer i vätskor.

Eftersom varje vågskål bara är femtio mikrometer i kvadrat går det att tillverka matriser med hundratals sensorer, känsliga för olika ämnen, på en millimeterstor yta. Med processorer för mönsterigenkänning ska det sedan bli möjligt att skapa ett komplett medicinskt labb för hemsjukvård.

Grafik Ingemar Franzén

Anders Wallerius

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer