211service.com
Smarta Dust Senses Biovapen
Har du någonsin lagt märke till glansen på en skalbaggevinge? Om du har, slogs du förmodligen av dess ovanliga iris. Trots vad ditt öga ser är den färgen inte naturlig. Skalbaggar har inget pigment, säger Michael Sailor, professor vid avdelningen för kemi och biokemi vid University of California, San Diego. Istället, förklarar han, produceras färgen av två andra egenskaper: optisk interferens - samma fenomen bakom färgerna i regnbågar och såpbubblor - och utarbetade strukturer i vingytan.
Genom att på konstgjord väg härma detta fenomen har Sailor för avsikt att göra mer än regnbågar. Med finansiering från Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) arbetar han för att förvandla nanopartiklar genomsyrade av iriserande färger till fingeravtryck som kan läggas till sprängämnen och andra kemikalier, vilket gör det möjligt att spåra en bomb eller en illegal drog tillbaka till en enda tillverkare . Han arbetar också med att få partiklarna att reflektera signaturfärger när de möter specifika patogener i luft eller vatten - för att skapa en billig engångssensor för att upptäcka kemiska och biologiska vapen.
För att göra partiklarna, som Sailor kallar smart damm, skapar han först ett filter för ljus i ytan på en kiselskiva ungefär lika stor som en fjärdedel. Han placerar skivan i en ledande lösning och korroderar den sedan elektrokemiskt med en växelström. Sailor säger, när [korrosionen] borrar ner i kislet, flaskhalsar det och öppnar sig igen, sedan flaskhalsar och öppnar sig igen. Resultatet är ett delikat etsat nätverk av parallella porer på cirka två nanometer i diameter. Med hjälp av ultraljudsvibrationer smular Sailor sedan sönder skivan till partiklar ungefär lika bred som ett hårstrå.
När de sprids i luft eller vatten sprider vanliga dammpartiklar ljus åt alla håll. Men när det belyses med en laser, förklarar Sailor, ser det smarta dammet helt annorlunda ut. Du får den här skarpa, mycket exakta våglängden av ljus för en given vinkel som kommer in och studsar från den ytan, säger han. Färgerna som blir resultatet är otroligt levande, starka [och] mycket reflekterande. Genom att variera strömmen, processens längd och lösningens sammansättning kan Sailor skapa filter som producerar miljontals specifika färger. Varje färg bestäms av brytningsindexet för de komplexa skikten i kislet. Sailor säger att brytningsindexet är som en streckkod som en laser kan läsa för att bestämma dammets sammansättning.
Sailors arbete har fångat DARPAs intresse på grund av dess slagfält och applikationer mot terrorism. Partiklarna skulle kunna appliceras som en etikett på vissa bombtillverkningsmaterial, så att när en bomb sprängs kan utredarna skanna en brottsplats efter de specifika smartdammpartiklarna. Det mesta av det som används i terrorismverksamhet avleds från legitima syften, säger Sailor. Om olika tillverkare inkorporerade unikt kodat smart damm, skulle den typ av damm som hittades på bombplatsen indikera var bombmaterialet köptes och ge en ledtråd till terroristerna som tillverkade bomben.
Liknande taktik kan användas för att spåra material som används för att skapa illegala droger. Sailor säger att återförsäljare och illegala tillverkare köper så kallade prekursorer från legitima kemiska lager. Om dessa agenter behandlades med annorlunda kodat smart damm, säger han att det skulle vara mycket lättare att spåra drogen tillbaka till det ursprungliga lagret och sedan till köparen.
Även om smart damm kan fungera som ett unikt kemiskt fingeravtryck, kan det vara ännu mer användbart som sensor, säger Sailor. Det beror på att partiklarna kan fås att reflektera ljus på olika sätt i närvaro av vissa kemikalier - en förändring som kan identifiera kemiska och biologiska föroreningar, inklusive föroreningar och biologiska vapen.
Som en demonstration kodade Sailor dammet för att upptäcka MTBE, en tillsats i bensin. MTBE förstörs inte biologiskt, säger Sailor, så när det väl kommer ner i marken så stannar det där och kan lätt hamna i dricksvatten. Ett företag som heter Trex Industries har licensierat processen och utvecklar tekniken för att övervaka föroreningar och bekämpningsmedel.
Giftiga nervämnen som Sarin, kemikalien som används i Tokyos tunnelbaneattack utförd av Aum Shinrikyo-kulten, är särskilt känsliga för smart damm. Eftersom bekämpningsmedel som DDT liknar nervgaser kemiskt, säger Sailor att partiklarna också kan förberedas för att upptäcka dem.
Smart damm kan användas på flera sätt. För miljöapplikationer säger Sailor att dammet kan strö på väggar eller läggas i färg som täcker ytor. Den behandlade ytan skulle då lysa upp när exempelvis gasångor når oönskade nivåer i luften runt en oljebearbetningsanläggning. I stridsscenarier säger han att det skulle vara lätt att måla vingarna på [en drönare] med dammet, flyga den genom luft som kan vara laddad med nervämnen och slå den med laser på ett säkert avstånd. I terroristsituationer som World Trade Center säger Sailor att robotar kan målas med damm, utrustas med en självövervakningskamera och skickas in i en havererad byggnad för att upptäcka naturgasläckor. En liknande taktik skulle kunna användas för att upptäcka dödliga ämnen som mjältbrand som kunde ha förorenat en byggnad.
I dagsläget kan dammet inte upptäckas av laser på mer än 25 meters avstånd. Det är inte ett problem för miljötillämpningar, men det är ett stort hinder för användning på slagfältet. Så Sailor och hans team arbetar för att göra dammet detekterbart från en kilometer eller mer - och säger att de kan lyckas inom ett år. De arbetar också för att det smarta dammet ska bevara sina egenskaper under tuffa utomhusförhållanden eller till och med genom en explosion. Om han lyckas kommer Sailor att ha skapat hela paketet: damm som är smart och tuff.