Een nieuw soort sensor zou hulpverleners kunnen waarschuwen wanneer koolstoffilters in de ademhalingstoestellen die ze dragen om te voorkomen dat ze giftige dampen inademen, gevaarlijk verzadigd zijn geraakt.

In een recent nummer van het tijdschrift Geavanceerde materialen , een team van onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego en Tyco Electronics beschrijven hoe ze de koolstofnanostructuren hebben gemaakt en demonstreren hun potentiële gebruik als microsensoren voor vluchtige organische stoffen.

Eerstehulpverleners beschermen zichzelf tegen dergelijke dampen, waarvan de samenstelling vaak onbekend is, door te ademen door een bus gevuld met actieve kool - een gasmasker.
Giftige stoffen in de lucht blijven aan de koolstof in het filter plakken, het vangen van de gevaarlijke stoffen.

Als de filters verzadigd raken, chemicaliën zullen beginnen te passeren. Het beademingsapparaat kan dan meer kwaad dan goed doen door een illusie van veiligheid te creëren. Maar er is geen gemakkelijke manier om te bepalen wanneer het filter is verbruikt. De huidige veiligheidsprotocollen baseren de timing van filterwisselingen op hoe lang de gebruiker het masker heeft gedragen.

"De nieuwe sensoren zouden nauwkeuriger kunnen aflezen hoeveel materiaal de koolstof in de filters daadwerkelijk heeft geabsorbeerd, " zei teamleider Michael Sailor, hoogleraar scheikunde en biochemie en bio-engineering aan de UC San Diego. "Omdat deze koolstofnanovezels dezelfde chemische eigenschappen hebben als de actieve kool die in ademhalingstoestellen wordt gebruikt, ze hebben een vergelijkbaar vermogen om organische verontreinigende stoffen te absorberen."

Het team van Sailor assembleerde de nanovezels tot zich herhalende structuren, fotonische kristallen genaamd, die specifieke golflengten reflecteren. of kleuren, van licht. De vleugelschubben van de Morpho-vlinder, die het insect zijn schitterende iriserende kleur geven, zijn natuurlijke voorbeelden van dit soort structuur.

De sensoren hebben ook een iriserende kleur, in plaats van zwart zoals gewone koolstof. Die kleur verandert wanneer de vezels gifstoffen opnemen – een zichtbare indicatie van hun vermogen om extra chemicaliën op te nemen.

Het agentschap dat ademhalingstoestellen certificeert in de V.S., het Rijksinstituut voor veiligheid en gezondheid op het werk, heeft lang gezocht naar een dergelijke sensor, maar de ontwerpvereisten voor een kleine, gevoelig, goedkoop apparaat dat weinig stroom nodig heeft, moeilijk te ontmoeten zijn gebleken.

De materialen die het team heeft gefabriceerd, zijn erg dun - minder dan de helft van de breedte van een mensenhaar. De groep van Sailor heeft eerder soortgelijke fotonische sensoren op de uiteinden van optische vezels van minder dan een millimeter breed geplaatst en aangetoond dat ze in ademhalingspatronen kunnen worden gestoken. En de kristallen zijn gevoelig genoeg om chemicaliën zoals tolueen te detecteren in concentraties van slechts één deel per miljoen.