Wetenschappers en ingenieurs hebben een verscheidenheid aan sensoren ontwikkeld voor verschillende doeleinden, en zoals je je kunt voorstellen, ze hebben allemaal hun eigen manier van werken. Ten slotte, een zwangerschapstestkit heeft waarschijnlijk niet hetzelfde detectiemechanisme als een radondetector, Rechtsaf?

Alle chemische sensoren richten zich op een soort analyt, maar wat er gebeurt zodra de analyt in de sensor zit, is waar de verschillen naar voren komen. Bijvoorbeeld, de sensor kan de analyt binden (denk aan een slot-en-sleutelmechanisme, maar op moleculair niveau). Of, de sensor kan zo worden opgesteld dat de analyt selectief door een dunne film gaat. Stel je voor dat de film een ​​chemische poortwachter is die alleen het doelmolecuul doorlaat en ervoor zorgt dat al het andere niet naar binnen kan. Dit type sensor heeft het positieve kenmerk dat hij continu herbruikbaar is. Een derde vorm van sensor gebruikt de analyt in een chemische reactie die een product genereert dat het leesbare signaal creëert [bron:National Research Council]. Deze drie zeer brede mechanismen omvatten de werking van de meeste sensoren, maar er zijn nog andere soorten.

Bijvoorbeeld, er zijn direct-lees elektrochemische sensoren die de diffusie van geladen moleculen gebruiken om te zoeken naar veranderingen in stroom, geleidbaarheid of potentieel om te zien of een doelanalyt aanwezig is. Sensoren voor akoestische oppervlaktegolven maken gebruik van akoestische golven die van de ene elektrode naar de andere over een oppervlak worden gestuurd. De sensor is zo ontworpen dat als de snelheid van de golf verandert of als deze intensiteit verliest, het signaleert de aanwezigheid van een doelmolecuul gebonden aan het oppervlak. Door deze veranderingen te meten, de sensor kan mogelijk zelfs hoeveelheden van het aanwezige materiaal detecteren [bron:National Research Council].

Een andere coole innovatie in chemische detectietechnologie gaat in de richting van het detecteren van inherente eigenschappen van verschillende chemische doelen in plaats van een moleculaire interactie te gebruiken om de detectie aan te sturen. Verschillende bindingen in moleculen hebben elk kenmerkende trillingspatronen die kunnen worden gedetecteerd in het infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum. Door lichtbronnen te combineren, filters en detectoren op een enkele chip, wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology hebben deze moleculaire vingerafdrukken kunnen detecteren om een ​​hele reeks moleculen te detecteren, van verontreinigingen in water tot elektrolyten in het bloed van pasgeboren baby's [bron:Bender].

Hoe chemische sensoren helpen

Hoe ze ook werken, chemische detectieapparaten zijn, zonder twijfel, voor u werken. Uw huis heeft waarschijnlijk ten minste één detector voor radongas, rook of koolmonoxide, afhankelijk van de wetten in uw staat of land. Veel radonsensoren werken door het radon zelf te absorberen of de radioactieve vervalproducten van het dodelijke gas te detecteren. Koolmonoxide, anderzijds, is geen radioactief materiaal, dus de detectoren voor dit gas werken anders. Een van de meest voorkomende mechanismen voor deze chemische sensor is een riff in de biologie. Deze detectoren bootsen na hoe koolmonoxide interageert met hemoglobine in het bloed om de aanwezigheid van het gas te bepalen. Een andere veel voorkomende melder in huis is een rookmelder. Terwijl sommigen radioactieve materialen gebruiken om rook op te snuiven, het grootste deel van de waarneming in rookmelders komt van de fysieke, niet chemisch, fenomeen van de rookdeeltjes die interferentie veroorzaken die door de detector wordt waargenomen.

Chemische detectieapparaten worden ook buiten het huis wijdverbreid gebruikt. Een van de belangrijkste plaatsen waar u deze apparaten in actie zult zien, is op zoek naar biomoleculen in medische omgevingen. Biomolecuulsensoren zijn in wezen gespecialiseerde chemische sensoren. Hoewel ze stoffen als hormonen detecteren, deze lichaamsstoffen zijn allemaal moleculen. Ten slotte, deze sensoren zijn gemaakt met veel van dezelfde leidende principes als andere chemische sensoren - selectiviteit, gevoeligheid en draagbaarheid.

Enkele van de meest draagbare biomolecuulsensoren die u misschien kent, worden geassocieerd met vruchtbaarheidsmetingen:zwangerschapstests en ovulatietests. Beide chemische sensoren detecteren de aanwezigheid van bepaalde hormonen in de urine. In het geval van zwangerschapstesten, de sensor zoekt in de urine naar het hormoon humaan choriongonadotrofine (hCG). Het stokje waarop de vrouw plast, heeft antilichamen die zijn bedekt met een chemische stof die zich bindt aan hCG. Als het biomolecuul aanwezig is, de test leest positief [bron:Parents Magazine]. Meestal hebben deze chemische sensoren een colorimetrische component zodat wanneer de analyt – in dit geval hCG – bindt, het veroorzaakt een kleurverandering in de sensor, waardoor de uitlezing van de resultaten behoorlijk onfeilbaar is.

In de klinische setting, twee van de meest gebruikelijke methoden voor detectie van biomoleculen op chemische basis zijn ELISA (enzyme-linked immunoabsorbent assay) en de Western-blot. Afhankelijk van de grootte en het type van het biomolecuul in kwestie en de informatie die ze willen over het molecuul, wetenschappers en clinici zullen vaak een van deze chemische detectietechnieken gebruiken om verschillende analyten in mengsels van biomoleculen te identificeren [bronnen:ThermoFisher Scientific, Mahmood en Yang].

Sci-fi-detectie wordt realiteit