Sebagai seorang mahasiswa PhD di Universitas Harvard, insinyur Sindy KY Tang belajar di bawah seorang ahli kimia terkenal George M. Whitesides — seorang pelopor dalam nanosains, bidang yang sekarang menginformasikan segala sesuatu mulai dari elektronik hingga diagnostik medis. Sementara Tang berada di timnya, Whitesides terlibat dalam proyek DARPA untuk menemukan cara penyandian pesan pada bakteri. Dalam sistem yang ia dan rekan-rekannya kembangkan, pesan dapat dikodekan sebagai titik-titik bakteri di piring dan diterjemahkan dengan menambahkan agen kimia tertentu yang, ketika bertemu bakteri, akan menyebabkan cahaya fluorescent. Polanya kemudian dapat diterjemahkan untuk mengungkapkan pesan rahasia.
Empat tahun kemudian, Tang menerapkan ide yang sama di lab-nya di Stanford, di mana dia adalah asisten profesor teknik mesin. Tapi alih-alih mengirim pesan bolak-balik, dia menggunakan kimia untuk menemukan kontaminan dalam air. Ketika jatuh ke aliran atau sumur, perangkatnya, sebuah prototipe yang baru-baru ini dijelaskan dalam jurnal Lab on a Chip, menghasilkan barcode yang menunjukkan konsentrasi dan keberadaan polutan, seperti timbal, dalam air — tidak perlu listrik.
Perangkat, yang saat ini seukuran jari kelingking, memfasilitasi reaksi kimia yang terkontrol saat bergerak melalui air. Housing silikon bening berisi dua tabung tipis, masing-masing diisi dengan senyawa gel. Salah satu ujung setiap tabung terhubung ke reservoir yang mengandung bahan kimia reaktan; ujung lainnya terbuka untuk lingkungan, sehingga air dapat meresap ke dalam perangkat.
Zat kimia dalam reservoir bergerak melalui tabung gel pada tingkat yang dapat diprediksi. Saat perangkat bergerak menuruni aliran, air mengalir ke gel dari sisi lain. Jika bahan kimia yang disaring ada — dalam kasus awal ini, timbal — terjadi reaksi, menciptakan tanda yang tidak larut dan terlihat dalam tabung. Tanda-tanda itu menciptakan barcode yang dapat dibaca para ilmuwan untuk menentukan jumlah dan lokasi timah dalam persediaan air tertentu.
Tim Tang telah berhasil menjalankan tes dengan dua sampel air yang berbeda, keduanya dalam gelas kimia di labnya. Para peneliti perlahan menambahkan timbal ke sampel air, satu dari lab dan yang lainnya dari bahaya air di lapangan golf Stanford, dan kemudian bisa melihat tambahan mereka dikodekan pada sensor sesudahnya. Namun, sebelum mereka dapat menguji kapsul di lapangan, mereka perlu mengatur cara untuk mengumpulkannya setelah penyebaran. Salah satu solusi yang mungkin adalah dengan menambahkan partikel magnetik kecil ke dalam wadah silikon dan menggunakan magnet untuk memancing mereka di sisi lain.
Saat ini, sensornya masih kurang tepat. "Batas deteksi kami sangat tinggi, jadi kami tidak akan dapat mendeteksi [timah] sampai sudah sangat terkonsentrasi, " jelas Tang. Dan chemistry-nya hanya mampu mendeteksi timbal pada titik ini. Tetapi, ke depan, kapsul dapat dimodifikasi untuk memeriksa kontaminan umum lainnya. Shell silikon dapat berisi beberapa tabung yang disetel untuk kontaminan yang berbeda, seperti merkuri dan aluminium, memungkinkan pengguna untuk melakukan skrining spektrum luas dalam satu tes. Tang menekankan bahwa perangkat ini masih merupakan bukti konsep dan masih jauh dari implementasi. "Kami ingin menunjukkan bagaimana ide itu bekerja — bahwa Anda dapat menggunakannya dan menerapkan kimia lainnya, " katanya.
Jika berhasil, sistem Tang akan memecahkan teka-teki pengujian air yang besar. Prototipe saat ini mewakili pertama kalinya siapa pun dapat mendeteksi lebih dari jawaban "ya atau tidak" tentang kontaminasi logam berat pada sumber air. Metode saat ini, seperti remote genggam yang disebut ANDalyze, harus mengeluarkan sampel dari sumber air untuk pengujian. Dalam hal itu, ia menjelaskan, pengguna dapat mengidentifikasi keberadaan logam, tetapi tidak memiliki sarana untuk mengisolasi sumbernya dalam pasokan air. Bahkan jika sensor dapat melakukan perjalanan ke celah dan celah untuk mencapai air tanah, kelezatan komponen elektronik juga berarti bahwa mereka mungkin tidak bertahan dengan baik di bawah tanah, di mana panas dan tekanan meningkat secara signifikan.
Pada ukuran saat ini, sensor Tang dapat digunakan untuk menemukan polutan dan sumbernya dalam aliran, tetapi membuat sistem turun ke skala nano — sekitar satu milimeter — adalah tujuan utamanya. "Motivasi asli yang sebenarnya adalah kebutuhan untuk merasakan bawah tanah, di mana Anda akan memiliki lubang atau sumur di mana Anda tidak mungkin membubarkan sensor dan mengumpulkan [mereka] di ujung lain [menggunakan teknologi saat ini], " jelasnya. Seperti yang dikatakan Tang kepada Stanford News, "Kapsul harus cukup kecil untuk masuk melalui celah di lapisan batu, dan cukup kuat untuk bertahan dari panas, tekanan dan lingkungan kimia yang keras di bawah tanah." Sepotong besar teka-teki lainnya: Tang tidak Belum yakin bagaimana cara mengumpulkan sensor setelah dispersi.
Ada banyak air untuk disaring. Menurut Badan Perlindungan Lingkungan, sekitar 95 persen dari semua sumber daya air tawar di AS berada di bawah tanah. Sumber-sumber tersebut rentan terhadap berbagai polutan yang lintah ke dalam pasokan dari pipa ledeng, industri dan limbah umum. Ada juga obat resep yang cukup banyak di sana.
Pada akhirnya, proses miniaturisasi, yang dikatakan Tang masih bertahun-tahun lagi, mungkin juga melahirkan perubahan dalam desain. Alih-alih tabung linear yang berjalan secara paralel, sensor berukuran milimeter akan menjadi titik bulat, katanya. Dalam hal ini, barcode akan menampilkan dirinya sebagai lingkaran, bukan garis-garis, "seperti cincin di pohon, " katanya.
