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Arrivano i sensori intelligenti PER ANALISI CHIMICHE Arrivano i sensori intelligenti Cento volte più efficienti di quelli attuali |"| RAT1CI, versatili, sensibile lissimi e soprattutto molto a economici. Queste le qualità principali di una nuova generazione di sensori, destinata a rivoluzionare completamente il mondo delle analisi chimiche. Non è una innovazione di poco conto: in molti casi queste analisi sono di vitale importanza. Determinare con precisione la concentrazione di un componente qualunque di una soluzione è indispensabile, infatti, tanto nelle indagini mediche quanto in quelle ambientali o industriali. Ma su quali principi si basano questi «miracolosi» dispositivi? Nulla che non fosse già noto da tempo. I nuovi sistemi sfruttano in modo ingegnoso le interazioni fra la materia e le radiazioni elettromagnetiche; nel caso specifico la luce visibile. Quando la specie chimica di cui si vuole conoscere la concentrazione viene a contatto con il sensore modifica, in modo misurabile, il comportamento di quest'ultimo nei confronti di un fascio di luce incidente. Per rendere i sensori «intelligenti», cioè selettivi per una particolare specie chimica, basta poi saturarli di molecole di riconoscimento che sono differenti da specie a specie. Utilizzando questo principio fondamentale, due gruppi di ricerca statunitensi hanno sviluppato due sensori, basati rispettiva- mente su una associazione gelcristallo e su un chip al silicio. John H. Holtz e Sanford A. Asher, dell'Uni' >rsità di Pittsburgh, hanno incapsulato in un gel particolari cristalli costituiti da sfere di materiale plastico con un diametro di circa 100 nanometri. La spaziatura tra le sfere è tale che il cristallo si comporta come un vero e proprio reticolo di diffrazione tridimensionale, scomponendo la luce bianca incidente in tutte le sue lunghezze d'onda. Quando il sensore viene illuminato appare quindi di colore diverso a seconda della spaziatura fra le sfere. Il gel utilizzato ha la capacità di variare il proprio volume al cambiare delle condizioni nell'ambiente circostante: temperatura, pH o composizione chimica. Dai momento che le sfere sono solidali con il gel, un aumento di volume di quest'ultimo provoca un corrispondente allontanamento fra le sfere e quindi una variazione del colore, che può essere apprezzata anche ad occhio nudo. Dalla misura precisa di questa variazione è possibile risalire all'entità del rigonfiamento e quindi alla concentrazione del soluto che si desidera analizzare. A Pittsburgh sono stati messi a punto prototipi per misurare molecole di glucosio e ioni di piombo ma, cambiando le molecole di riconoscimento, sarà possibile costruire dispositivi sensibili a una vastissima gamma di soluti (ad esempio virus). Incidendo chimicamente la superficie di un chip al silicio, simile a quello dei computer, un gruppo di ricercatori californiani ha invece ottenuto una specie di foresta di pilastri silicei dalle singolari proprietà ottiche. Se il sensore viene illumi¬ nato dall'alto si hanno fenomeni di interferenza fra la luce riflessa dalla base dei pilastri e quella riflessa dalla sommità. Le molecole bersaglio libere in soluzione (proteine, Dna, piccole molecole organiche) reagiscono con le molecole di riconoscimento collocate ai lati dai pilastri modificando la velocità con cui la luce attraversa il sensore e quindi anche i fenomeni di interferenza. Sono proprio queste variazioni che, interpretate da un calcolatore, consentono di valutare la concentrazione della specie chimica analizzata. Questo dispositivo è 100 volte più sensibile dei sensori convenzionali, permettendo di individuare catene di Dna con una concentrazione di una parte per quadrilione. Una piccola quantità di materiale a basso costo (sono infatti sufficienti un millimetro cubo di gel e un chip di alcuni micron di spessore), qualche semplice strumento per valutare la risposta del sensore e il gioco è fatto. E non è che l'inizio. Quelli che oggi sono solo prototipi domani diventeranno oggetti di uso comune in tutti i laboratori, e forse, in un futuro per ora ancora lontano, faranno parte della vita quotidiana di ognuno di noi, come un comune elettrodomestico. Non è stato proprio questo il destino dei computer? Danilo Preda I nuovi sistemi sfruttano l'interazione tra materia e radiazioni elettromagnetiche I materiali sono due e a basso costo: un po' di gel e un chip spesso alcuni micron