ハーバード大学の博士課程の学生として、エンジニアのシンディKYタンは、ナノサイエンスのパイオニアである有名な化学者ジョージM.ホワイトサイドの下で勉強しました。 Tangが彼のチームにいた間、Whitesidesは細菌のメッセージをエンコードする方法を見つけるためにDARPAプロジェクトに関与していました。 彼と彼の同僚が開発したシステムでは、メッセージはプレート上のバクテリアの点としてエンコードされ、バクテリアに出会ったときに蛍光を発する特定の化学物質を追加することでデコードされました。 次に、パターンを翻訳して、秘密のメッセージを明らかにすることができます。
4年後、タンはスタンフォードの研究室で同じアイデアを応用しており、彼女は機械工学の助教授です。 しかし、メッセージを前後に送信する代わりに、化学を使用して水中の汚染物質を見つけています。 川や井戸に落とされたとき、彼女のデバイスは、最近ラボオンチップ誌に記載されたプロトタイプで、水中の鉛などの汚染物質の濃度と所在の両方を示すバーコードを生成します。
現在、小指ほどの大きさのデバイスは、水の中を移動するときに制御された化学反応を促進します。 透明なシリコンハウジングには、それぞれゲル化合物で満たされた2本の細いチューブが含まれています。 各チューブの一端は、反応物の化学物質を含むリザーバーに接続します。 もう一方の端は環境に開放されているため、水がデバイスに浸透する可能性があります。
リザーバー内の化学物質は、予測可能な速度でゲルのチューブ内を移動します。 デバイスがストリームを下に移動すると、反対側から水がゲルに流れ込みます。 スクリーニング対象の化学物質（この最初の場合は鉛）が存在する場合、反応が発生し、チューブに不溶性の目に見えるマークが作成されます。 これらのマーキングはバーコードを作成し、科学者はこれを読み取って特定の水道の鉛の量と位置を特定できます。
Tangのチームは、彼女の研究室のビーカーで、2つの異なる水サンプルでテストを正常に実行しました。 研究者たちはゆっくりと水サンプルに鉛を加えました。1つは研究室から、もう1つはスタンフォードゴルフコースのウォーターハザードからのもので、その後、センサーにエンコードされた追加物を確認できました。 ただし、現場でカプセルをテストする前に、展開後にカプセルを収集する方法を設定する必要があります。 考えられる解決策の1つは、小さな磁性粒子をシリコンハウジングに追加し、磁石を使用してそれらを反対側で釣り上げることです。
現時点では、センサーはまだあまり正確ではありません。 「当社の検出限界は非常に高いため、すでに非常に集中するまで[リード]を検出することはできません」とTang氏は説明します。 そして、その化学はこの時点でのみ鉛を検出することができます。 しかし、今後、他の一般的な汚染物質をチェックするためにカプセルを変更することができます。 シリコンシェルには、水銀やアルミニウムなどのさまざまな汚染物質に合わせて調整された複数のチューブを含めることができ、ユーザーは1回のテストで広域スペクトルスクリーニングを実施できます。 Tangは、このデバイスはまだ概念実証にすぎず、実装にはほど遠いことを強調しています。 「私たちは、アイデアがどのように機能するかを示したかったのです。それを使用して他の化学を適用できることを」
成功した場合、Tangのシステムは大きな水質検査のパズルを解決します。 現在のプロトタイプは、水源の重金属汚染に関する「yes or no」以上の答えを誰もが検出できた初めてのものです。 ANDalyzeと呼ばれるハンドヘルドリモートなどの現在のメソッドは、テストのために水源からサンプルを削除する必要があります。 その場合、ユーザーは金属の存在を特定できますが、給水源を分離する手段はありません、と彼女は説明します。 センサーが割れ目や割れ目に移動して地下水に到達する場合でも、電子部品の繊細さは、熱と圧力が大幅に上昇する地下でうまく生き残れない可能性があることも意味します。
現在のサイズでは、Tangのセンサーを使用して汚染物質とその発生源をストリームで見つけることができますが、システムをナノスケール（約1ミリメートル）に下げることが最終的な目標です。 「本当の元来の動機は、地下を感知する必要性にありました。穴を開ける場所や、センサーを分散させて[現在の技術を使用して]収集することができない井戸です」と彼女は説明します。 タンはスタンフォードニュースに語ったように、「カプセルは岩層の割れ目に収まるほど小さくなければならず、熱、圧力、地下の厳しい化学環境に耐えられるほど頑丈でなければなりません。」分散後のセンサーの収集方法はまだわかりません。
スクリーンにはたくさんの水があります。 環境保護庁によると、米国の淡水資源全体の約95％は地下にあります。 これらの発生源は、配管、産業廃棄物、一般廃棄物から供給に浸入する多種多様な汚染物質の影響を受けやすくなっています。 そこにはかなりの量の処方薬もあります。
最終的に、Tang氏によると、まだ数年先の小型化プロセスも、設計の変更を引き起こす可能性があります。 平行に走る直線的なチューブの代わりに、ミリサイズのセンサーは丸い点になるだろうと彼女は推測する。 その場合、バーコードは、「木の上のリングのように」ストライプではなく円として表示されます、と彼女は言います。
