Επιστήμονες από το Ινστιτούτο IMDEA Nanociencia και το Università Cattolica del Sacro Cuore ανέπτυξαν έναν νέο τύπο ηλεκτρονικής μύτης, βασισμένο σε νανοσωλήνες άνθρακα που έχουν τροποποιηθεί με μηχανικά διαπλεκόμενα μόρια (MINTs), προσφέροντας πρωτοφανή ακρίβεια στον εντοπισμό και τη διάκριση πτητικών οργανικών ενώσεων.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Journal of the American Chemical Society, δείχνει ότι αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύσουν αέρια όπως η αμμωνία, το διοξείδιο του αζώτου και οι ατμοί ακετόνης σε θερμοκρασία δωματίου, ανοίγοντας τον δρόμο για φορητές εφαρμογές παρακολούθησης περιβάλλοντος και διάγνωσης μέσω αναπνοής.
Απόλυτη ευαισθησία χωρίς απώλεια επιλεκτικότητας
Οι μονοτοιχωματικοί νανοσωλήνες άνθρακα (SWCNTs) είναι γνωστοί για την εξαιρετικά υψηλή επιφάνειά τους και, κατ’ επέκταση, την υψηλή ευαισθησία τους. Ωστόσο, αυτό συνοδευόταν από ένα σοβαρό μειονέκτημα: την χαμηλή επιλεκτικότητα.
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, οι ερευνητές «έντυσαν» τους νανοσωλήνες με κυκλικά μόρια που διαπλέκονται μηχανικά μαζί τους, χωρίς να διαταράσσουν τη δομή του νανοσωλήνα. Τα MINTs (Mechanically Interlocked Nanotubes) προσφέρουν δυνατότητα λειτουργικής τροποποίησης, διατηρώντας τις ηλεκτρονικές και δομικές ιδιότητες του νανοσωλήνα.
Οι τροποποιημένοι αισθητήρες κατέγραψαν πολύ ισχυρότερες και πιο επιλεκτικές αποκρίσεις σε αέρια-στόχους όπως αμμωνία, αιθανόλη, ισοπροπυλική αλκοόλη, βενζόλιο, NO₂, ακετόνη και υποχλωριώδες νάτριο, ακόμη και σε συγκεντρώσεις κάτω από τα 10 μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb).
Μια ηλεκτρονική μύτη με δυνατότητες ταυτοποίησης «μυρωδιών»
Τοποθετημένοι σε πίνακα, οι MINT-αισθητήρες λειτουργούν ως τεχνητό οσφρητικό σύστημα, ικανό να αναγνωρίζει επιλεκτικά συγκεκριμένες ενώσεις ακόμη και παρουσία παρεμβολών. Για παράδειγμα, η αμμωνία μπορούσε να διακριθεί με ακρίβεια από άλλα παρόμοια πτητικά συστατικά.
Μάλιστα, μειώνοντας το πάχος της φιλμικής στρώσης του αισθητήρα, μια από τις βελτιστοποιημένες εκδόσεις εμφάνισε 10 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία και ταχύτερη απόκριση.
Προσαρμόσιμη τεχνολογία για «έξυπνες» εφαρμογές
Η τεχνολογία αυτή αποτελεί proof-of-concept για την αξιοποίηση των MINTs σε συστήματα ανάλυσης αερίων, επιδεικνύοντας πως οι αισθητήρες μπορούν να τροποποιηθούν συνθετικά ώστε να αποκτήσουν ειδικά χαρακτηριστικά και υψηλή εξειδίκευση. Έτσι, ανοίγει ο δρόμος για τη δημιουργία έξυπνων, επιλεκτικών και κλιμακούμενων ηλεκτρονικών οσφρητικών συστημάτων με εφαρμογές στην υγεία, την περιβαλλοντική παρακολούθηση, τη βιομηχανία και την ασφάλεια.
Περισσότερες πληροφορίες: Michele Galvani et al, Αποδοτική Υλοποίηση Συστοιχιών Χημικών Αντιστάσεων με Βάση το MINT για Τεχνητή Όσφρηση, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c07781
Πληροφορίες περιοδικού: Journal of the American Chemical Society
Παρέχεται από την IMDEA Nanociencia
