כסטודנט לדוקטורט באוניברסיטת הרווארד, המהנדס סינדי KY טאנג למד תחת הכימאי הידוע ג'ורג 'מ. ווידסיידס - חלוץ בתחום הננו-מדע, תחום שמודיע כעת על כל דבר, החל במוצרי אלקטרוניקה וכלה באבחון רפואי. בזמן שטאנג היה בצוותו, וויטסיידס היה מעורב בפרויקט DARPA כדי למצוא דרכים לקידוד הודעות בחיידקים. במערכת שהוא ועמיתיו פיתחו, ניתן היה לקודד הודעות כנקודות של חיידקים על צלחת ולפענח אותה על ידי הוספת חומר כימי מסוים שכאשר הוא פגש את החיידק, יגרום לזהור ניאון. לאחר מכן ניתן לתרגם את התבנית כדי לחשוף מסר סודי.
ארבע שנים לאחר מכן, טאנג מיישמת את אותו רעיון במעבדה שלה בסטנפורד, שם היא פרופסור להנדסת מכונות. אבל במקום לשלוח הודעות הלוך ושוב, היא משתמשת בכימיה בכדי לאתר זיהומים במים. כשהיא נופלת לזרם או לבאר, המכשיר שלה, אב טיפוס שתואר לאחרונה בכתב העת Lab on a Chip, מייצר ברקוד שמצביע על ריכוז וגם על מקום הימצאותם של מזהמים, כמו עופרת, במים - אין צורך בחשמל.
המכשיר, שנמצא כרגע בגודל של אצבע ורדרד, מאפשר תגובה כימית מבוקרת בזמן שהוא עובר במים. בית הסיליקון הצלול מכיל שני צינורות דקים, שכל אחד מהם ממלא בתרכובת ג'ל. קצה אחד של כל צינור מתחבר למאגר המכיל כימיקל מגיב; הקצה השני פתוח לסביבה, כך שמים יכולים לחלחל למכשיר.
הכימיקל במאגר נע דרך צינורות הג'ל בקצב צפוי. כאשר המכשיר נע במורד נחל, זורמים מים לג'ל מהצד השני. אם הכימיקלים הנבדקים נמצאים - במקרה ראשוני זה, עופרת - מתרחשת תגובה היוצרת סימן בלתי מסיס וגלוי בצינור. סימונים אלה יוצרים ברקוד שמדענים יכולים לקרוא בכדי לקבוע את כמות ומיקום העופרת באספקת מים מסוימת.
הצוות של טאנג ביצע בהצלחה בדיקות עם שתי דגימות מים שונות, שתיהן בספלים במעבדה שלה. החוקרים הוסיפו אט אט עופרת לדגימות המים, האחת מהמעבדה והשנייה מפגע מים על מסלול הגולף של סטנפורד, ואז הצליחו לראות את התוספות שלהם מקודדות על החיישן לאחר מכן. לפני שהם יוכלו לבדוק את הקפסולות בשדה, עם זאת, הם יצטרכו להגדיר דרך לאסוף אותם לאחר הפריסה. פיתרון אפשרי אחד הוא להוסיף חלקיקים מגנטיים קטנים לבית סיליקון ולהשתמש במגנט כדי לדוג אותם בצד השני.
כרגע החיישן עדיין לא מאוד מדויק. "הגבלת הגילוי שלנו גבוהה מאוד, כך שלא נוכל לאתר [עופרת] עד שהיא כבר מרוכזת מאוד", מסביר טאנג. והכימיה שלה מסוגלת רק לזהות עופרת בנקודה זו. אבל, קדימה, ניתן לשנות את הקפסולה כדי לבדוק אם יש מזהמים נפוצים אחרים. מעטפת הסיליקון עשויה להכיל צינורות מרובים המותאמים למזהמים שונים, כגון כספית ואלומיניום, מה שמאפשר למשתמשים לבצע סינון רחב-טווח במבחן אחד. טאנג מדגיש כי המכשיר הוא עדיין רק הוכחה לקונספט והוא רחוק מלהטמיע. "רצינו להראות איך הרעיון יעבוד - שתוכל להשתמש בו וליישם כימיה אחרת", היא אומרת.
אם תצליח, המערכת של טאנג תפתור פאזל גדול לבדיקת מים. אב הטיפוס הנוכחי מייצג את הפעם הראשונה שמישהו הצליח לאתר יותר מתשובה "כן או לא" לגבי זיהום מתכות כבדות במקורות מים. שיטות נוכחיות, כגון השלט הידני הנקרא ANDalyze, חייבות להסיר דגימות ממקור מים לצורך בדיקה. במקרה זה, היא מסבירה, המשתמשים יכולים לזהות את נוכחותן של מתכות, אך אין להם אמצעים לבודד את מקורם באספקת המים. גם אם החיישנים יכלו להיכנס לסדקים ובקעים כדי להגיע למי תהום, העדינות של הרכיבים האלקטרוניים פירושה גם שהם אולי לא ישרדו היטב מתחת לאדמה, שם החום והלחץ עולים משמעותית.
בגודלו הנוכחי ניתן להשתמש בחיישן של טאנג בכדי למצוא מזהמים ומקורותיהם בזרמים, אך הורדת המערכת לסולם ננו - כמילימטר - היא המטרה הסופית שלה. "המוטיבציה המקורית האמיתית הייתה בצורך לחוש מתחת לאדמה, שם יהיה לך חור או טוב איפה שלא תוכל לפזר חיישנים ולאסוף [אותם] בקצה השני [בטכנולוגיה הנוכחית], " היא מסבירה. כפי שטאנג אמר לסטנפורד ניוז, "הקפסולות יצטרכו להיות קטנות מספיק בכדי להיכנס דרך הסדקים בשכבות סלע, וחזקות מספיק בכדי לשרוד את החום, הלחץ והסביבה הכימית הקשה מתחת לפני האדמה." עוד חתיכה גדולה של הפאזל: טאנג isn עדיין לא בטוח כיצד לאסוף את החיישנים לאחר פיזור.
יש הרבה מים למסך. על פי הסוכנות להגנת הסביבה, כ -95 אחוז מכל מקורות המים המתוקים בארה"ב נמצאים מתחת לאדמה. מקורות אלה רגישים למגוון רחב של מזהמים המגיעים לאספקת אינסטלציה, תעשייה ופסולת כללית. יכול להיות שם גם כמות לא מבוטלת של תרופות מרשם.
בסופו של דבר, תהליך המזעור, שלדברי טאנג הוא עדיין שנות שנים, עשוי להוליד שינוי בעיצוב. במקום צינורות ליניאריים שפועלים במקביל, החיישנים בגודל מילימטר יהיו נקודות עגולות, היא מציבה. במקרה כזה הברקוד יציג את עצמו כעיגולים במקום פסים, "כמו טבעות על עץ", היא אומרת.
