Kao doktorica na Sveučilištu Harvard, inženjerka Sindy KY Tang studirala je kod poznatog kemičara Georgea M. Whitesidesa - pionira nanoznanosti, polja koje sada obavještava sve, od elektronike do medicinske dijagnostike. Dok je Tang bio u njegovom timu, Whitesides je sudjelovao u projektu DARPA kako bi pronašao načine kodiranja poruka u bakterije. U sustavu koji su razvili on i njegove kolege, poruke bi se mogle kodirati kao točkice bakterija na tanjuru i dekodirati dodavanjem određenog kemijskog sredstva koje bi, kad se sretne s bakterijama, izazvalo flourescentni sjaj. Uzorak bi tada mogao biti preveden da otkrije tajnu poruku.
Četiri godine kasnije, Tang primjenjuje istu ideju u svom laboratoriju na Stanfordu, gdje je docent za strojarstvo. Ali umjesto da šalje poruke naprijed i nazad, ona koristi kemiju da bi uočila kontaminante u vodi. Kad se spusti u mlaz ili bunar, njezin uređaj, prototip koji je nedavno opisan u časopisu Lab on Chip, proizvodi crtični kod koji pokazuje i koncentraciju i boravište onečišćujućih tvari, poput olova, u vodi - bez električne energije.
Uređaj, koji je trenutačno veličine ružičastog prsta, omogućuje kontroliranu kemijsku reakciju dok se kreće kroz vodu. Prozirno kućište od silikona sadrži dvije tanke cijevi, od kojih je svaka napunjena gel-smjesom. Jedan kraj svake cijevi povezuje se sa spremnikom koji sadrži kemikaliju reaktanta; drugi je kraj otvoren prema okolini, tako da voda može prodirati u uređaj.
Kemikalija u rezervoaru predviđa se brzom cijevi gela. Dok se uređaj kreće niz potok, voda se ulijeva u gel s druge strane. Ako je kemikalija na koju se pretražuje - u ovom početnom slučaju olovo - odvija se reakcija, stvarajući netopljivu, vidljivu oznaku u epruveti. Te oznake stvaraju crtični kod koji znanstvenici mogu pročitati kako bi utvrdili količinu i mjesto olova u određenoj vodoopskrbi.
Tangin tim uspješno je obavio ispitivanja s dva različita uzorka vode, oba u čašama u njenom laboratoriju. Istraživači su polako dodavali olove uzorcima vode, jedan iz laboratorija, a drugi od opasnosti od vode na golf terenu u Stanfordu, a zatim su mogli vidjeti njihove dodatke kodirane na senzoru nakon toga. Prije no što mogu testirati kapsule na terenu, morat će postaviti način da ih sakupe nakon raspoređivanja. Jedno od mogućih rješenja bilo bi dodavanje malih magnetskih čestica u silikonsko kućište i korištenje magneta za ribljenje s druge strane.
Trenutno, senzor još uvijek nije vrlo precizan. "Naša je granica otkrivanja vrlo visoka, tako da nećemo moći otkriti [olovo] dok nije već koncentrirano", objašnjava Tang. A njegova kemija u ovom trenutku može otkriti samo olovo. Ali, ako krenete naprijed, kapsula bi se mogla izmijeniti u svrhu provjere ostalih uobičajenih onečišćenja. Silikonska ljuska može sadržavati više cijevi prilagođenih za različita onečišćenja, kao što su živa i aluminij, što korisnicima omogućuje prolazak širokog spektra u jednom ispitivanju. Tang naglašava da je uređaj još uvijek samo dokaz koncepta i da je daleko od primjene. "Željeli smo pokazati kako će ideja funkcionirati - da biste je mogli koristiti i primijeniti drugu kemiju", kaže ona.
Ako bude uspješan, Tang-ov sustav bi riješio veliku slagalicu za ispitivanje vode. Postojeći prototip predstavlja prvi put da je itko uspio otkriti više od „da ili ne“ odgovora o onečišćenju teškim metalima u izvorima vode. Postojeće metode, kao što je ručni daljinac zvan ANDalyze, moraju za uklanjanje uzoraka iz izvora vode. U tom slučaju, objašnjava ona, korisnici mogu utvrditi prisutnost metala, ali nemaju načina da izoliraju svoj izvor u opskrbi vodom. Čak i ako bi senzori mogli ući u pukotine i pukotine kako bi došli do podzemnih voda, delikatnost elektroničkih komponenata također znači da možda neće dobro preživjeti pod zemljom, gdje se toplina i tlak značajno povećavaju.
S obzirom na trenutnu veličinu, Tangov senzor mogao bi se koristiti za pronalaženje zagađivača i njihovih izvora u potocima, ali spuštanje sustava na nanocjedanje - oko milimetar - njen je krajnji cilj. "Prava originalna motivacija bila je potreba za senziranjem podzemlja, gdje bi imali otvor ili otvor gdje ne možete raspršiti senzore i prikupiti ih na drugom kraju [koristeći trenutnu tehnologiju]", objašnjava ona. Kako je Tang rekao za Stanford News, "Kapsule bi morale biti dovoljno male da bi se mogle ubiti u pukotine u stijenama i dovoljno snažne da prežive toplinu, pritisak i oštro kemijsko okruženje ispod zemlje." Još jedan veliki komad zagonetke: Tang isn Još nisam siguran kako prikupiti senzore nakon disperzije.
Ima puno vode za provjeru. Prema podacima Agencije za zaštitu okoliša, oko 95 posto svih izvora slatke vode u SAD-u je pod zemljom. Ti su izvori osjetljivi na širok raspon zagađivača koji u opskrbu dolaze iz vodovoda, industrije i općeg otpada. Tu može biti i lijek na recept.
Konačno, proces minijaturizacije, za koji Tang kaže da je još mnogo godina, također bi mogao uzrokovati promjenu dizajna. Umjesto linearnih cijevi koje idu paralelno, senzori veličine milimetra bile bi okrugle točke, kaže ona. U tom slučaju bi se barkod prikazao kao krugovi umjesto pruga, "poput prstenova na drvetu", kaže ona.
