Een adem van verse technologie – koolstofnanobuissensoren snuiven gassen uit met ongekende precisie

Een team van onderzoekers van het IMDEA Nanociencia Institute en Università Cattolica del Sacro Cuore heeft een nieuwe klasse gassensoren onthuld op basis van Mint-gefunctionaliseerde koolstofnanobuizen, en biedt ongekende precisie bij het detecteren en onderscheiden van volatiele organische verbindingen.

Deze “elektronische neus” is gemaakt van een op maat gemaakte reeks chemiresistors om gassen zoals ammoniak, stikstofdioxide of acetondampen te voelen bij kamertemperatuur, waarbij de weg wordt vrijgesproken voor low-power milieumonitors en draagbare adem diagnostiek. De bevindingen zijn gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Society.

Singlewandige koolstofnanobuisjes zijn ideale materialen om te detecteren vanwege hun hoge oppervlak, maar hun extreme gevoeligheid is al lang met een nadeel: slechte selectiviteit. Om dit aan te pakken, hebben onderzoekers “gekleed” koolstofnanobuisjes met ringmoleculen om hun vermogen om te discrimineren tussen chemische verbindingen te verbeteren.

Deze derivaten van koolstofnanobuisjes, bekend als mechanisch verbonden koolstofnanobuisjes (muntjes), bieden een manier om chemische functionaliteiten op koolstofnanobuizen te introduceren zonder hun intrinsieke structuur te veranderen.

De op MINT gebaseerde chemiresistors reageerden aanzienlijk beter op gassen-inclusief NH₃, EtOH, IPA, benzeen, NO₂, aceton en NaClo-dan niet-gemodificeerde koolstofnanobuizen, zelfs bij lage concentraties (10–200 ppm). Onderzoekers bewees hun detectielimiet en waren onder tientallen delen per miljard (PPB).

In een array geassembleerd, gedragen deze sensoren zich als een kunstmatig reuksysteem, in staat om selectief specifieke analyten te identificeren, ondanks de aanwezigheid van potentiële interferenties. Ammoniak werd bijvoorbeeld met succes onderscheiden van verschillende andere dampen. Een geoptimaliseerde sensorlaag toonde zelfs tot 10 x hogere gevoeligheid en snellere responstijden, simpelweg door de filmdikte te verminderen.

Het onderzoek vormt een proeve-of-concept e-neus, die niet alleen de kracht van mint-gebaseerde sensoren voor complexe gasdetectie aantoont, maar ook hun aanpasbaarheid benadrukt. Met synthetische controle over de structuur van de verbonden moleculen kunnen onderzoekers de eigenschappen van de sensor fijn afstemmen en een nieuwe grens openen in het ontwerp van slimme, selectieve en schaalbare elektronische neuzen.