ساخت حسگری برای تشخیص فساد گوشت در مراحل اولیه

به گزارش گروه علمی ایرنا^[2] از ستاد ویژه توسعه فناوری‌های نانو و میکرو، آمونیاک، ترکیبی است که اغلب با بوی بد همراه است، این بو شاخص حیاتی در فرآیندهای مختلف مانند فساد مواد غذایی، آلودگی محیط زیست و حتی اختلالات متابولیکی انسان است. از آنجا که گوشت بعد از فاسد شدن، گازهایی مانند آمونیاک از خود ساطع می‌کند، می‌توان از این روش برای تشخیص فساد استفاده کرد.

آمونیاک می‌تواند مدت‌ها قبل از ظاهر شدن علائم قابل مشاهده فساد، فعالیت میکروبی را در گوشت نشان دهد. سطوح آمونیاک همچنین به عنوان نشانگر برای کاربردهای مختلف دیگر از جمله نظارت بر محیط زیست و حتی تشخیص سلامت انسان و اختلالات متابولیک قابل استفاده است. با این حال، ایجاد حسگری که قادر به تشخیص آمونیاک با دقت، انتخاب‌گری و پایداری بالا در شرایط دنیای واقعی باشد، چالشی برای محققان است.

بیشتر تلاش‌ها برای توسعه حسگرهای گازی متکی بر اکسیدهای فلزی بوده است که به دلیل حساسیت بالای خود شناخته شده هستند، اما اغلب از محدودیت‌هایی مانند مصرف انرژی بالا، زمان پاسخ‌دهی آهسته و حساسیت به رطوبت رنج می‌برند. گرافن، ویژگی‌هایی نظیر خواص الکتریکی و فیزیکی قابل توجه، انعطاف‌پذیری بالا، شفافیت و مصرف کم انرژی دارد که آن را به گزینه‌ای جذاب برای فناوری‌های حسگری نسل بعدی تبدیل کرده است. با این حال، با وجود این مزایا، گزینش‌پذیری کم گرافن به گازهای مختلف مانع از استفاده گسترده آن در کاربردهای عملی شده است.

به تازگی محققانی از کره‌جنوبی مقاله‌ای منتشر کردند که در آن از گرافن برای تشخیص سریع با حساسیت بالای آمونیاک در گوشت گاو استفاده شده است.

این تیم نانوذرات اکسید نیکل (NiO) را روی میکرو الگوهای گرافن وارد کردند تا یک حسگر آمونیاک بسیار انتخاب‌گر و حساس ایجاد کنند که می‌تواند به طور موثر حتی در شرایط سخت الکترونیک پوشیدنی کار کند. این پیشرفت، نشان‌دهنده یک جهش رو به جلو در فناوری حسگرهاست، به ویژه برای کاربردهایی مانند نظارت بر کیفیت غذا و دستگاه‌های پوشیدنی که کیفیت هوا را ردیابی می‌کنند.

هسته اصلی این تحقیق حول پرداختن به محدودیت‌های ذاتی گرافن به عنوان حسگر گازی است. ساختار اتمی گرافن، سطح بزرگی به آن می‌دهد و آن را در تشخیص گازها از طریق فعل و انفعالات سطحی عالی می‌سازد اما همین ساختار همچنین توانایی آن را برای تمایز بین مولکول‌های مختلف گازها محدود می‌کند.

محققان در تحقیقات قبلی تلاش کردند تا گزینش‌پذیری گرافن را از طریق روش‌های مختلف از جمله اعمال پلاسما و افزودن فلزات نجیب مانند پلاتین و طلا، افزایش دهند. با این حال، این رویکردها اغلب با معایب قابل توجهی مانند هزینه بالا، فرآیندهای پیچیده ساخت و عملکرد غیر بهینه تحت شرایط دنیای واقعی همراه هستند.

در این مطالعه، محققان با استفاده از نانوذرات NiO به جای فلزات نجیب مشکل را حل کردند. اکسیدهای فلزات واسطه، مانند NiO، به دلیل خواص الکترونیکی منحصر به فرد و توانایی در تعامل قوی با مولکول‌های گاز خاص، مزایای متعددی را در سنجش گاز ارائه می‌دهند. مشخص شده است که اکسید نیکل، به ویژه، اتصال قوی با مولکول‌های آمونیاک از خود نشان می‌دهد که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای بهبود گزینش‌پذیری گرافن تبدیل می‌کند.

یکی از قابل توجه‌ترین ویژگی‌های این حسگر، مصرف انرژی بسیار کم آن است که نیاز کلیدی برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی است.