Una nueva comprensión de los nanomateriales, Los enfoques de diseño y fabricación de sensores podrían ayudar a avanzar sensores de gas portátiles que controlan los biomarcadores gaseosos en humanos y el gas tóxico en un entorno expuesto, según los investigadores de Penn State.

Dirigido por Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Profesora de desarrollo profesional en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State, El equipo de investigación publicó recientemente una revisión del estado actual de los sensores extensibles de detección de gas en Tendencias en química analítica .

Los desarrollos recientes en las tecnologías de detección de gases han hecho posible detectar biomarcadores gaseosos en humanos al monitorear el proceso metabólico a través del aliento exhalado o la transpiración de la piel y detectar gases nocivos o tóxicos en el entorno circundante de los humanos. Los movimientos humanos que estiran significativamente la piel pueden degradar o deformar los sensores, haciéndolo incapaz de detectar gases con precisión. Para hacer un sensor más resistente, Cheng y su equipo investigaron los métodos de fabricación de sensores más efectivos que podrían funcionar para una variedad de aplicaciones.

"Con los desarrollos recientes en el análisis de la respiración, estamos comenzando a generar impulso hacia el desarrollo de un sensor de gas que podría tener una plataforma más grande de aplicaciones, "Dijo Cheng.

Según Cheng, Los sensores de gas pueden ayudar a proporcionar un diagnóstico médico más temprano al detectar compuestos orgánicos volátiles (COV) del aliento humano. lo que puede indicar la presencia de varias enfermedades, incluyendo disentería amebiana, infecciones bacterianas intestinales y cáncer. Los sensores anteriores solo podían monitorear los niveles de glucosa y pH.

"De la transpiración de la piel humana y el aliento exhalado, tenemos alrededor de 2, 600 biomarcadores en forma de gas, ", Dijo Cheng." Esto nos da información vital que podemos aprovechar en el desarrollo de diagnósticos de enfermedades ".

Además de monitorear estos biomarcadores, Los sensores pueden detectar niveles peligrosos de gases tóxicos que pueden estar presentes en el entorno circundante de un ser humano. Por ejemplo, los sensores podrían detectar niveles peligrosos de metano en las minas de carbón y potencialmente monitorear la salud y seguridad de los mineros del carbón.

Los sensores de gas actuales exhiben características similares a las versiones que el equipo está estudiando, pero tienen fallas, según Cheng. Por ejemplo, Los sensores de gas a base de óxido metálico tienen altas temperaturas de trabajo, haciéndolos demasiado calientes para que la gente los use. Al mejorar la forma en que se fabrican los sensores de gas actuales, Cheng dijo que planea desarrollar un sensor de gas más confiable y seguro.

Los investigadores están específicamente interesados ​​en una plataforma novedosa que integra directamente el grafeno inducido por láser (LIG) a través de un sencillo proceso de trazado con láser. Según Cheng, esta es una forma rentable de desarrollar un sistema más sensible, sensor más selectivo capaz de detectar rápidamente COV y gases nocivos a niveles ultrabajos.

LIG es muy poroso y se puede integrar con nanomateriales de óxido de metal o a base de carbono, que son muy sensibles a los gases. La plataforma de Cheng consiste en un láser LIG grabado en una película que se transfiere a un sustrato suave y se recubre con metal conductor para reducir su resistencia. Debido a la resistencia reducida creada a través de este método, el sensor puede inducir un autocalentamiento fácilmente. El óxido de metal mixto integrado con la nueva plataforma de detección de gas LIG hace que sus temperaturas de funcionamiento sean significativamente más bajas que las del sensor de gas a base de óxido de metal anterior.

Cheng y sus colegas también están estudiando cómo las formas de los materiales compuestos que comprenden wearables, Los sensores de gas extensibles pueden afectar su desempeño de detección ambiental.

"Aunque se ha aplicado una variedad de nanomateriales para sensores de gas extensibles, todavía existe una amplia gama de nanomateriales sensibles al gas que se utilizan comúnmente en sensores de gas rígidos que no se exploran en sus contrapartes extensibles, ", Dijo Cheng." Estamos muy interesados ​​en explorar estos nuevos nanomateriales para proporcionar una selectividad distinta, alta sensibilidad, respuestas rápidas y amplios límites de detección para una nueva clase de sensores de gas extensibles ".