Seperti lebah untuk madu, tim peneliti Schulich School of Engineering dengan cepat menemukan cara untuk mengembangkan sensor baru yang kuat untuk sejumlah kecil bahan kimia udara.
Dan mereka melakukannya dengan inspirasi dari Mother Nature.
Teknologi nano tim mendeteksi molekul di udara dengan meniru bagaimana serangga dan hewan melacak aroma, turun menjadi hanya 100 bagian per miliar (PPB), jauh lebih sensitif daripada hidung manusia, yang biasanya hanya mendeteksi aroma pada bagian per juta (ppm).
Peneliti utama Dr. Arindam Phani, PhD, mengatakan pekerjaan ini membuka pintu baru di bidang pemantauan kualitas udara secara real-time dan mendeteksi biomarker penyakit dari napas.
“Alam tidak menunggu molekul untuk menyelesaikan,” kata Phani, rekan peneliti penjabat di Departemen Teknik Mekanik dan Manufaktur. “Serangga, misalnya, rasa berubah dan fluktuasi di udara di sekitar mereka. Kami bertanya -tanya: Bagaimana jika kami dapat membangunnya menjadi sensor?”
Temuan tim, melaporkan di Melacak tanda tangan molekuler pada sensitivitas PPB menggunakan kinetika fluktuasional dalam kerangka logam-organik telah diterbitkan di jurnal Surat Nano.
Indera penciuman yang kuat
Teknologi penginderaan konvensional bergantung pada adsorpsi, yang merupakan molekul dari satu zat yang menempel pada permukaan sensor.
Phani, bagaimanapun, mengatakan bahwa metode tradisional ini berjuang untuk membedakan antara molekul dengan sifat yang sama dan sering membutuhkan waktu untuk mencapai pembacaan yang stabil, terutama ketika konsentrasi sangat rendah.
Dia mengatakan adsorpsi diatur oleh energi adsorpsi molekul, dan perbedaan dalam energi ini seringkali sangat kecil di berbagai molekul yang berbeda, sehingga sulit untuk mencapai pembacaan yang tepat menggunakan pendekatan konvensional.
Bekerja dengan penulis pertama Dr. Balasubramanian Srinivasan dan penulis yang sesuai Dr. Seonghwan (Sam) Kim, keduanya PhD, dari Nano/Sensor Mikro Schulich dan Sensing Systems Lab, tim ingin mereplikasi bagaimana serangga menemukan cara mereka untuk mencium bau dengan sangat cepat.
“Katakanlah Anda membuka sebotol anggur atau mengupas pisang saat jendela Anda sedikit terbuka,” kata Phani. “Dalam waktu singkat, kamu akan menemukan lalat buah di sana mengantisipasi makanan.”
Melapisi kristal kuarsa yang bergetar dengan lapisan tipis bahan berpori yang disebut kerangka logam-organik, tim mengekspos sensor ke berbagai gas untuk melihat bagaimana reaksinya.
Srinivasan mengatakan perubahan halus dalam bagaimana molekul bergerak masuk dan keluar dari pori -pori sensor menciptakan “sidik jari kinetik yang berbeda” untuk setiap jenis molekul, memungkinkan mereka untuk mendeteksi setiap gas secara terpisah.
Menciptakan buzz untuk industri
Sama seperti serangga memiliki amplifier dan filter alami untuk mendeteksi isyarat kimia menit, sensor tim telah menunjukkan kemampuannya untuk mendeteksi jumlah pelacak senyawa organik pada konsentrasi yang sangat rendah.
“Perilaku dinamis ini – ditangkap secara real -time – menawarkan cara baru untuk mengenali tanda tangan kimia yang seharusnya tidak diperhatikan menggunakan metode tradisional,” kata Kim, seorang profesor dan kursi penelitian Kanada dalam sistem penginderaan nano.
Phani mengatakan temuan mereka merupakan langkah besar ke depan dalam menerjemahkan prinsip-prinsip biologis ke dalam teknologi material canggih untuk keselamatan lingkungan, diagnostik medis dan bahkan pemantauan berkualitas makanan.
“Ini lebih dari sekedar deteksi,” katanya. “Kami membuka kunci cara baru untuk memahami bagaimana molekul berperilaku, yang membuka pintu bagi sensor yang lebih pintar, lebih cepat dan lebih selektif.”
Tim ingin memperbaiki desain sensor mereka saat ini sambil membangun temuan mereka dengan melihat bagaimana suhu dan kelembaban dampak adsorpsi pada sensor.
