От анализа дыхания до обнаружения взрывчатых веществ — многие приложения требуют надёжных электронных «носов». К сожалению, современные технологии часто не справляются с этой задачей. Именно поэтому исследователи из Лёвенского университета наук и технологий разработали гибкую сенсорную платформу, которая не только обнаруживает газы, но и фиксирует их скорость — как камеры контроля скорости.
Технология, опубликованная в Nature Communications и запатентованная, измеряет скорость движения молекул через специальный наноматериал. Это открывает двери для широкого спектра применений.
Традиционные химические датчики
Традиционные химические датчики обычно измеряют, сколько конкретного вещества адсорбируется на поверхности. Но воздух содержит сотни летучих органических соединений (ЛОС), часто в низких концентрациях и вперемешку. Кроме того, водяного пара в воздухе может быть в тысячу раз больше, чем целевых веществ, что затрудняет для многих датчиков проведение точных измерений. Результат — низкая надёжность и точность.
Новая сенсорная платформа KU Leuven
Новая сенсорная платформа KU Leuven использует металлоорганические каркасы (МОК): материалы с сетью нанопор одинакового размера. Они действуют как молекулярные камеры контроля скорости. Когда молекулы газа проходят через поры при слегка повышенной температуре, они движутся с разной скоростью в зависимости от их структуры. Эта скорость действует как отпечаток пальца. Измеряя скорость, исследователи могут различать разные газы даже в сложных условиях, когда традиционные датчики не справляются.
«Вы можете сравнить наш подход с мониторингом скорости молекул», — говорит Марго Верстрекен, инженер-биолог и постдокторант в исследовательской группе Амелоот в Лёвенском университете наук и технологий. «Мы не просто смотрим на то, сколько молекул проходит через нанопоры, но и на различия в скорости. Мы называем это кинетической селективностью. Эта дополнительная информация имеет решающее значение».
Уникальность подхода KU Leuven заключается в том, что это масштабируемая платформа. «Регулируя металлоорганический каркас, мы можем адаптировать датчик к конкретным газам, не меняя при этом базовую технологию», — объясняет Верстрекен. «Система остаётся компактной, энергоэффективной и высокопроизводительной. Даже во влажных условиях или при сложных газовых смесях и низких концентрациях она превосходит коммерческие электронные носы».
Патентование и потенциал
Была подана заявка на патент конкретной структуры датчика, поскольку эта технология имеет широкий спектр потенциальных применений. Подумайте о дыхательном тесте для ранней диагностики диабета; об обнаружении утечек в химической промышленности и неисправностей в литий-ионных батареях; о мониторинге качества воздуха в помещениях и на открытом воздухе; об отслеживании свежести фруктов и овощей при хранении. Даже скрытые взрывчатые вещества или наркотики можно обнаружить быстрее и точнее с помощью этой технологии. Благодаря модульной конструкции датчик можно адаптировать к каждой задаче: выберите правильный МОК или комбинацию МОК, и платформа сделает своё дело.
«Это не датчик, созданный для одной конкретной задачи, а модульная платформа», — подчёркивает Верстрекен. «Выбирая правильный МОК или комбинацию МОК, вы можете адаптировать датчик к тому, что вы хотите обнаружить. Такая гибкость делает нашу платформу пригодной для широкого спектра секторов: от здравоохранения до безопасности».
Благодаря этому исследованию Марго Верстрекен стала победителем бельгийского этапа конкурса международного научного общения Falling Walls. В ноябре она представит Бельгию на мировом финале в Берлине, где будет соревноваться с молодыми исследователями из более чем ста стран.
Предоставлено:
[KU Leuven](https://phys.org/partners/ku-leuven/)