In navolging van fitness-trackers is er een impuls geweest om persoonlijke omgevingsmonitors te ontwikkelen - een nieuw soort draagbare technologie die gegevens verzamelt over giftige stoffen in de lucht en deze aan gebruikers communiceert. Een groep onderzoekers van de RMIT University in Australië heeft een belangrijke stap in deze richting gezet door dunne, flexibele sensoren te maken die op uw huid of in uw kleding kunnen worden geplaatst om blootstelling aan gevaarlijke gassen en UV-stralen te volgen.
gerelateerde inhoud
- Met draagbare apparaten die de luchtkwaliteit bewaken, kunnen wetenschappers crowdsourcing-kaarten voor verontreiniging gebruiken
"We waren geïnteresseerd in het maken van een apparaat dat gevaren kon detecteren die over het algemeen niet door onze zintuigen worden herkend, " zegt Philipp Gutruf, de hoofdauteur van een recent gepubliceerde studie. "Deze gevaren zijn vaak niet echt ernstig als ze vroeg genoeg worden opgemerkt, maar worden echt gevaarlijk wanneer je te lang aan het gevaar wordt blootgesteld."
De kunst was om rekbare elektronica te maken die kon buigen zonder te breken. Gutruf en zijn team hebben eerst in de materiaalwetenschap gegraven en vervolgens gewerkt aan de integratie van de omgevingssensoren. Ze drukten halfgeleiders op superdunne films gemaakt van goedkoop, gemakkelijk verkrijgbaar elastomeer polydimethylsiloxaan, een soort siliconen waarmee ze in eerdere studies hadden gewerkt. Vervolgens stapelden ze deze films in lagen op, zodat als een enkele laag brak het hele ding niet zou versplinteren.
"We kunnen broze materialen rekken en buigen met behulp van een technologie die micro-tektoniek wordt genoemd", zegt Gutruf. “Dit nieuwe effect is gebaseerd op overlappende dunne films in een mode zeer vergelijkbaar met tektonische platen die de aardkorst vormen. Met deze technologie kunnen we de belangrijkste ingrediënten voor elektronica naar een rekbaar platform brengen. ”
Nadat ze het materiaal hadden bepaald, keken de onderzoekers hoe ze de films konden gebruiken om gevaarlijke gassen, zoals waterstof en stikstofdioxide, te detecteren en te reageren op schadelijke UV-stralen. Ze brachten dunne lagen reactieve oxiden in de siliconen, zodat de sensoren de gassen konden registreren, maar toch flexibel en rekbaar genoeg zijn om te worden opgenomen in een kledingstuk of een pleister die op de huid blijft plakken.
De onderzoekers bedekten bijvoorbeeld de UV-sensoren met zinkoxide, het actieve ingrediënt in zonnebrandcrème. Bij blootstelling aan licht laadde het zinkoxide de sensoren op. "De UV-sensoren absorberen de UV-straling, zoals zonnestralen, waardoor het apparaat geleidend wordt", zegt Gutruf.
De gassensoren werken op dezelfde manier. Ze zijn afgestemd op specifieke gassen en wanneer ze worden blootgesteld aan hoge niveaus van een bepaald gas, bijvoorbeeld stikstofdioxide, dragen ze een lading. "De geleidbaarheid stijgt of daalt op basis van het type gas dat aanwezig is in de omringende atmosfeer", zegt hij.
In de toekomst kunnen de rekbare plekken worden gebruikt om zonnebrand te voorkomen of astma-aanvallen te voorspellen, maar ze kunnen ook levensreddend zijn op plaatsen zoals mijnen of kolencentrales waar hoge gassen giftig kunnen zijn. De EPA experimenteert met vergelijkbare technologie. Nanosensoren worden een onderdeel van de mijnsaneringsprojecten en andere saneringen van het agentschap, omdat ze goedkoop, snel en op veel plaatsen kunnen worden geïmplementeerd.
"In de afgelopen jaren is nanotechnologie op de voorgrond getreden en de nieuwe eigenschappen en verbeterde reactiviteiten van nanomaterialen kunnen een nieuw, goedkoop paradigma bieden voor het oplossen van complexe milieu- en engineeringproblemen", Madeleine Nawar, projectmedewerker bij de stralingsbeschermingsafdeling van het EPA zei in een rapport.
Tot nu toe zijn de sensoren van Gutruf alleen in het laboratorium getest. Hij vermoedt dat het vier jaar zal duren voordat de sensoren in de handel verkrijgbaar zijn, maar de mogelijkheden voor het volgen van milieuverontreinigende stoffen zijn eindeloos.
"In principe kunnen bijna alle bekende stoffen op de een of andere manier worden gedetecteerd", zegt hij.
