Los sensores que detectan sustancias químicas en el aire para advertirnos sobre todo, desde incendios hasta monóxido de carbono, conductores ebrios y dispositivos explosivos escondidos en el equipaje, han mejorado tanto que incluso pueden detectar enfermedades en el aliento de una persona. Investigadores de la Universidad de Drexel y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea han hecho un descubrimiento que podría hacer que nuestras mejores "narices químicas" sean aún más sensibles.

En la investigación, publicado recientemente en la revista American Chemical Society ACS Nano , el equipo describe cómo un bidimensional, El material metálico llamado MXene se puede utilizar como detector altamente sensible de productos químicos gaseosos. El documento sugiere que MXene puede recoger productos químicos, como amoniaco y acetona, que son indicadores de úlceras y diabetes, en trazas mucho más bajas que los sensores que se utilizan actualmente en el diagnóstico médico.

"MXene es uno de los sensores de gas más sensibles jamás reportados. Esta investigación es significativa porque amplía el rango de detección de gases comunes, lo que nos permite detectar concentraciones muy bajas que no pudimos detectar antes". "dijo Yury Gogotsi, Doctor., Distinguido profesor universitario y de Bach en la Facultad de Ingeniería de Drexel, quien fue uno de los autores principales del estudio en Drexel. "La alta sensibilidad del dispositivo puede usarse para detectar gases tóxicos o contaminantes que se encuentran en nuestro medio ambiente".

Grupo de Investigación de Nanomateriales de Gogotsi, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Drexel, se asoció con Hee-Tae Jung, Doctor., profesor de KAIST en Daejeon, Corea del Sur para explorar las propiedades de detección de gas del carburo de titanio MXene. La clave de sus excelentes capacidades de detección de aromas es que MXene es altamente conductivo y sufre un cambio medible de conductividad eléctrica en presencia de la sustancia química que está diseñada para detectar, y solo cuando esa sustancia química en particular está presente.

Este discernimiento se denomina relación "señal / ruido" en el mundo de los sensores químicos y se utiliza para clasificar la calidad de los sensores; el objetivo es captar más señal y menos ruido. Los que se utilizan hoy en día, principalmente en entornos médicos para detectar sustancias químicas como la acetona, etanol y propanol, o en alcoholímetros para detectar alcohol; tienen una relación señal / ruido entre 3 y 10, MXene está entre 170 y 350, dependiendo de la sustancia química.

"Si el material puede responder a los gases dando una señal fuerte, mientras que al mismo tiempo es conductor y logra un bajo ruido eléctrico, el sensor puede detectar gases en concentraciones muy bajas porque la relación señal-ruido es alta; este es claramente el caso de MXene, ", Dijo Gogotsi." MXene puede detectar gases en rangos de 50 a 100 partes por mil millones, que está por debajo de la concentración necesaria para que los sensores de corriente detecten la diabetes y otras afecciones ".

Este nivel de sensibilidad podría ser extremadamente importante para la detección de enfermedades. Además de las úlceras y la diabetes, El análisis del aliento se está desarrollando actualmente para el diagnóstico temprano de múltiples tipos de cáncer. cirrosis, esclerosis múltiple y enfermedad renal. Si los indicadores químicos de estas enfermedades pueden detectarse en concentraciones más bajas, es más probable que se diagnostiquen y traten en etapas más tempranas.

La ventaja de MXene sobre los materiales de sensores convencionales radica en su estructura porosa y composición química. El material es bueno tanto para permitir que las moléculas de gas se muevan a través de su superficie como para engancharse, o adsorbiendo, ciertos que se sienten químicamente atraídos por él, mostrando buena selectividad.

El equipo de Gogotsi ha estado explorando MXenes desde el descubrimiento del material en Drexel en 2011. El grupo ha podido crear y estudiar más de dos docenas de composiciones químicas diferentes para el material. lo que significa que podrían usarse para crear sensores para una amplia variedad de gases.

En el futuro, Gogotsi sugiere, Los sensores MXene podrían desempeñar un papel importante en el monitoreo ambiental, recolección y almacenamiento de energía, así como el cuidado de la salud.

"El siguiente paso para avanzar en esta investigación será desarrollar la sensibilidad del sensor a diferentes tipos de gases y mejorar la selectividad de detección entre diferentes gases, ", Dijo Gogotsi." También podemos imaginar sensores personales que estarán en nuestros teléfonos inteligentes o rastreadores de actividad física, monitorear las funciones corporales y el medio ambiente mientras trabajamos, dormir o hacer ejercicio, accesible con un toque de un dedo. Mejorar la sensibilidad de detección con nuevos materiales es el primer paso para hacer realidad estos dispositivos ".