Los sensores que inhalan sustancias químicas en el aire para advertirnos sobre todo, desde incendios hasta monóxido de carbono, conductores ebrios y dispositivos explosivos ocultos en el equipaje, han mejorado tanto que incluso pueden detectar enfermedades en el aliento de una persona. Investigadores de la Universidad de Drexel y elEl Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea ha hecho un descubrimiento que podría hacer que nuestras mejores "narices químicas" sean aún más sensibles.
En investigación, publicada recientemente en la revista American Chemical Society ACS Nano , el equipo describe cómo un material metálico bidimensional llamado MXene puede usarse como un detector altamente sensible de productos químicos gaseosos. El documento sugiere que MXene puede recoger productos químicos, como el amoníaco y la acetona, que son indicadores de úlceras ydiabetes, en trazas mucho más bajas que los sensores que se usan actualmente en diagnósticos médicos.
"MXene es uno de los sensores de gases más sensibles jamás reportados. Esta investigación es significativa porque amplía el rango para la detección de gases comunes permitiéndonos detectar concentraciones muy bajas que no pudimos detectar antes", dijo Yury Gogotsi,Doctorado, Universidad Distinguida y Profesor de Bach en la Facultad de Ingeniería de Drexel, quien fue uno de los principales autores del estudio de Drexel. "La alta sensibilidad del dispositivo puede usarse para detectar gases tóxicos o contaminantes encontrados en nuestro entorno".
El Grupo de Investigación de Nanomateriales de Gogotsi, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Drexel, se asoció con Hee-Tae Jung, PhD, profesor de KAIST en Daejeon, Corea del Sur, para explorar las propiedades de detección de gases del carburo de titanio MXene. La clave de suLa excelente capacidad de detección de olores es que MXene es altamente conductivo y sufre un cambio medible de conductividad eléctrica en presencia del químico que está diseñado para detectar, y solo cuando ese químico en particular está presente.
Este discernimiento se denomina relación "señal a 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 usan hoy en díaprincipalmente en entornos médicos para detectar productos químicos como acetona, etanol y propanol, o en alcoholímetros para detectar alcohol: tienen una relación señal / ruido entre 3-10, MXene es entre 170 y 350, dependiendo del producto químico.
"Si el material puede responder a los gases dando una señal fuerte, mientras que simultáneamente es conductor y logra un bajo ruido eléctrico, el sensor puede detectar gases a concentraciones muy bajas porque la relación señal-ruido es alta, esto es claramenteel caso con MXene ", dijo Gogotsi." MXene puede detectar gases en los rangos de 50-100 partes por billón, que está por debajo de la concentración necesaria para que los sensores actuales detecten la diabetes y una serie de otras condiciones de salud ".
Este nivel de sensibilidad podría ser extremadamente importante para la detección de enfermedades. Además de las úlceras y la diabetes, actualmente se está desarrollando un análisis de la respiración para el diagnóstico temprano de múltiples tipos de cáncer, cirrosis, esclerosis múltiple y enfermedad renal. Si los indicadores químicos paraEstas enfermedades pueden detectarse en concentraciones más bajas, tienen más probabilidades de ser diagnosticadas y tratadas en etapas más tempranas.
La ventaja de MXene sobre los materiales sensores convencionales radica en su estructura porosa y composición química. El material es bueno para permitir que las moléculas de gas se muevan a través de su superficie y enganchar, o adsorber, ciertas que son químicamente atraídas hacia 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 gran variedadvariedad de gases.
En el futuro, sugiere Gogotsi, los sensores MXene podrían desempeñar un papel importante en el monitoreo ambiental, la recolección y el almacenamiento de energía, así como en la atención médica.
"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 en nuestro estado físico".rastreadores, monitorizando las funciones corporales y el medio ambiente mientras trabajamos, dormimos o hacemos ejercicio, accesibles con un toque de dedo. Mejorar la sensibilidad de detección con nuevos materiales es el primer paso para hacer realidad estos dispositivos ".
Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Ciencia, TIC y Planificación del Futuro y el Programa de Reclutamiento del Instituto de Investigación Extranjera Líder financiado por la Fundación Nacional de Investigación de Corea a través del Centro Cooperativo NNFC-KAIST-Drexel FIRST Nano2. Esta investigación utilizó recursos deel Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética y la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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