НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Нанотехнология на чипе: новая парадигма систем полного химического анализа

Т. А. Михалске[43]

Разработка более дешевых и удобных методов получения информации о хими­ческой и биологической структуре веществ имеет большое значение для меди­цины, контроля качества пищевых продуктов, служб правопорядка и нацио­нальной безопасности и других сторон общественной жизни США. Сейчас в разных странах ведутся работы по созданию широкодоступной системы хими­ческого анализа |i-ChemLab™-on-a-chip. Эта система микро-полного анализа (micro-total analysis system ц-TAS) отличается от обычных датчиков, поскольку она осуществляет полный анализ (на вход системы подается анализируемая смесь, на выходе системы получается ответ о ее составе). Национальная лабо­ратория Сандия разрабатывает переносную демонстрационную модель ц-TAS, способную анализировать газообразные боевые отравляющие вещества и жид­кие взрывчатые вещества. В работе над созданием ц-TAS участвует междис­циплинарная исследовательская группа из 50 специалистов в различных обла­стях (микрообработка, химическое распознавание, микрогидродинамика, информатика). Хотя нанотехнология играет важную роль в разработках систе­мы |i-TAS, однако пока основные достижения в этой области связаны с мини­атюризацией уже известных компонентов и устройств. Пока используются малогабаритные клапаны, трубки, насосы, разделительные колонки и т. д., представляющие собой уменьшенные копии деталей обычной аппаратуры. Хотя они функционируют не хуже (а иногда и лучше) своих крупномасштаб­ных аналогов, однако такой подход не позволит создать химическую лаборато­рию микроскопических размеров.

Нанотехнология делает реальным замысел системы p-TAS с совершенно новой архитектурой, или нано-TAS, поскольку предлагает совершенно новый подход к изготовлению клапанов, насосов, устройств химического разделения и обнаружения и т. д. из материалов с переключаемыми молекулярными фун­кциями. Например, потоки жидкостей можно было бы направлять не по пред­варительно созданной системе физических каналов, а посредством изменения поверхностной энергии. Переключаемые молекулярные мембраны могли бы заменить механические клапаны. Посредством исключения сложных гидроди­намических сетей и микромасштабных компонентов (используемых в совре­менных проектах систем p-TAS) концепция нано-TAS обеспечит более широ­кий набор рабочих функций и снижение энергопотребления системы полного химического анализа при гораздо меньших ее размерах.