Nauwkeurige, continue bewaking van stikstofdioxide en andere gassen in vochtige omgevingen is nu mogelijk, dankzij een nieuwe waterbestendige gassensor ontwikkeld door Huanyu "Larry" Cheng, de James L. Henderson Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics, en zijn team.

De sensor detecteert stikstofdioxide in de adem, waarvan de concentratie kan wijzen op mogelijke longziekten, of in bepaalde omgevingen om de luchtkwaliteit te bewaken. De aanpak van het team is gepubliceerd in Microsystems &Nanoengineering .

Terwijl Cheng eerder een sensor ontwikkelde die waterdicht was, kon die sensor alleen temperatuur en beweging detecteren. Cheng heeft ook een zeer aanpasbare gassensor op microschaal ontwikkeld, evenals een flexibele, poreuze en gevoelige gassensor. Vochtigheid, zweet of andere blootstelling aan vocht maakten de sensoren echter onbruikbaar.

"We kunnen de vochtigheidsgraad in de omgeving niet vermijden, daarom wilden we de vochtbestendige eigenschap benadrukken," zei Cheng.

De onderzoekers gebruikten hetzelfde laser-geïnduceerde grafeen (LIG) - een snelle, kosteneffectieve, milieuvriendelijke fabricagemethode die laserschrijven gebruikt om tweedimensionale grafeenlagen samen te stellen - als voor de vorige gassensoren. Deze keer voegden ze echter ook een zacht elastomeer polymeersubstraat en een vochtbestendig, semi-permeabel membraan toe aan weerszijden van de LIG-detectielaag.

"Lasergeïnduceerd grafeen is hydrofiel, dus het is intrinsiek een waterabsorberend materiaal," zei Cheng. "Water zal van nature in het materiaal komen en de eigenschappen ervan veranderen. Als je watermoleculen hebt die door de sensor worden geabsorbeerd, zal dat de respons veranderen. Door een semi-permeabel membraan met de LIG te gebruiken, kunnen we het water of vocht uit de sensor blokkeren buiten, maar laat toch de permeatie van het doelgasmolecuul toe. Omdat het nieuwe materiaal rekbaar en zacht is, kan het lange tijd op de huid worden gedragen zonder irritatie te veroorzaken."

Om de sensoren te testen, gebruikten de onderzoekers ze om de adem van 30 personen te evalueren. Ze ontdekten dat de sensorresponswaarden meer dan vier keer groter waren voor patiënten met chronische obstructieve longziekte (COPD) of astma dan voor degenen die dat niet hadden, wat betekent dat mensen met COPD of astma meer dan vier keer zoveel stikstofdioxide hadden. in hun uitademing.

"Met deze sensor zijn we veel dichter bij de daadwerkelijke toepassing van het helpen van een patiënt", zegt co-auteur Li Yang, universitair hoofddocent aan de School of Health Sciences and Biomedical Engineering aan de Hebei University of Technology. "Deze sensor kan worden gebruikt voor het vroege screeningproces, om iemand bewust te maken van de mogelijke aandoening die zich later tot een grotere zorg kan ontwikkelen, en ook voor de bestaande COPD- of astmapatiënt om de omgeving te controleren op mogelijke blootstelling aan stikstofdioxide, zodat ze kunnen vroegtijdige preventiemaatregelen nemen, zoals het vermijden van bepaalde gebieden met een hoger stikstofdioxidegehalte."

Cheng zei dat deze sensor uiteindelijk zou kunnen worden gebruikt om niet alleen het individuele welzijn te monitoren, maar ook om de gezondheid van een bevolking beter te begrijpen. + Verder verkennen

Nieuwe ademende gassensoren kunnen de monitoring van gezondheid en milieu verbeteren