Sensor meet warmte verschillen tot 100.000ste graad

Een neus voor chips. Zo zou je de supergevoelige chemische sensor die onderzoekers van IBM in Zürich onlangs lanceerden kunnen omschrijven. Computers hadden inmiddels al leren zien, horen en voelen, maar ruiken konden ze nog niet.

Daarin komt nu verandering. IBM werkt aan een mobiele 'neus', die je op een draagbaar computertje (lap top) kunt aansluiten om allerlei gassen, geurtjes en andere luchtjes op te sporen.

De geurmeter is eigenlijk een warmtemeter. Hij is zo ontzaglijk gevoelig gemaakt dat hij zelfs de minuscule hoeveelheid warmte registreert die vrijkomt bij chemische reacties waarbij maar enkele moleculen betrokken zijn. Hij meet temperatuurveranderingen tot in de orde van een honderdduizendste graad Celsius. Daarmee is deze calorimeter duizendmaal gevoeliger dan de beste bestaande warmtemeters tot nog toe.

De calorimeter, gemaakt met integrated circuit (IC) technologie, is relatief goedkoop. IBM ziet toepassingsmogelijkheden voor een scala aan chemische waarnemingen, gerechtelijk onderzoek en katalyse. Als supergevoelige 'neus' op een chip aangebracht kan de calorimeter minuscule vleugjes van een hele reeks stoffen 'ruiken'.

De Neus is gemaakt bij het IBM Research Division Zurich Research Laboratory. Hij bestaat uit een reeks ragfijne sprieten naast elkaar, vijftig maal dunner dan menselijke haren. Elke spriet bestaat uit een micromechanische siliciumlaagje, bekleed met aluminium. Bij verwarming zetten deze beide materialen op verschillende wijze uit en daardoor trekt de spriet krom. Hoe groter de gemeten kromming, hoe meer warmte kennelijk is opgenomen. Met behulp van lasers wordt dat zeer nauwkeurig gemeten, waarbij een buiging ter grootte van een honderdste deel van de doorsnee van een atoom nog wordt geregistreerd.

Bij wijze van demonstratie brachten de onderzoekers van IBM op de met aluminium beklede siliciumsprieten een dun laagje platina aan. Dit platina diende als katalysator om uit een mengsel van waterstof en zuurstof gewoon water te vormen, waarbij de nodige warmte vrijkomt. De platinalaag nam deze warmte op, en er werd een bepaalde kromming geregistreerd. Door heel zorgvuldige waarneming kon worden aangetoond, dat de vorming van waterstof en zuurstof niet in een gelijkmatig tempo verloopt, maar nogal fluctueert. Dit fenomeen was bekend maar nooit eerder expermenteel aangetoond met een calorimeter.

Volgens de onderzoekers zou je enkele honderden tot duizenden van deze sprieten naast elkaar op een chip kunnen integreren. Als ze bekleed worden met verschillende coatings die ze gevoelig maken voor allerlei specifieke chemicaliën ontstaat een supergevoelig 'snuffelinstrument'. Men zou zelfs enzymen die maar voor één reactie specifiek zijn kunnen aanbrengen of bacteriën, om zelfs reacties waarbij maar een paar moleculen in het spel zijn aan te tonen. Inmiddels doen de onderzoekers hun best om het instrument nog een paar duizendmaal gevoeliger te maken. (Persbericht IBM)