Mikroskopijne, drukowane przestrzennie czujniki do wykrywania niebezpiecznych gazów i oparów
Niektóre rodzaje czujników pozwalają na wykrycie i rozpoznanie różnych rodzajów niebezpiecznych substancji zanieczyszczających, takich jak gazy o właściwościach toksycznych lub wybuchowych. Niektóre z nich mierzą również stężenie gazu. Większość naszego dnia spędzamy w domu, w pracy lub podróżując samochodem. Wiarygodne i opłacalne monitorowanie poziomu zanieczyszczeń powinno pozytywnie wpłynąć na nasz ogólny stan zdrowia i samopoczucie. Naukowcy z irlandzkiego Trinity College w Dublinie (TCD) oraz AMBER, ośrodka badawczego Irlandzkiej Fundacji Naukowej zajmującego się zaawansowanymi materiałami i bioinżynierią, którego gospodarzem jest TCD, odkryli sposób na tworzenie mikroskopijnych czujników gazu zmieniających kolory. Aby dokonać tego przełomowego odkrycia, wykorzystali oni nowe materiały i wysokorozdzielczą postać druku przestrzennego. Częściowo wspierani przez finansowane ze środków UE projekty ChemLife i 5D NanoPrinting, opublikowali niedawno swoje wyniki w czasopiśmie „Journal of Materials Chemistry C”.
Spotkanie inteligentnej chemii z inteligentnym projektowaniem
Drukowane przestrzennie, mikroskopijne czujniki gazu mogą prowadzić monitorowanie w czasie rzeczywistym, wykrywając rozpuszczalniki, które wytwarzają opary w powietrzu. W przypadku dostania się do dróg oddechowych opary rozpuszczalników mogą powodować kaszel, zawroty i bóle głowy. Czujniki te są obiecującym rozwiązaniem do zastosowania w domach w postaci podłączonych do internetu, tanich urządzeń. Można je również zintegrować z urządzeniami do noszenia na ciele, służącymi do monitorowania naszego stanu zdrowia. W informacji prasowej opublikowanej przez TCD główny autor badania dr Colm Delaney z ChemLife, koordynator projektu na wydziale chemii TCD i pracownik naukowy AMBER, wyjaśnia, że zespół osiągnął innowację, „wykorzystując technikę bezpośredniego pisania laserem (ang. direct laser-writing, DLW), która pozwala nam skupić laser w bardzo małym punkcie, a następnie użyć go do tworzenia mikroskopijnych struktur w trzech wymiarach przy użyciu miękkich polimerów, które opracowujemy w laboratorium”. Badania skupiły się na projektowaniu, modelowaniu i wytwarzaniu tych mikroskopijnych struktur w materiałach reagujących na bodźce. Zespół zaprojektował i przewidział reakcję różnych struktur. Współautorka badania Louise Bradley, profesor fotoniki na TCD, mówi, że zespół może sprawić, by struktury „reagowały na światło, ciepło i wilgoć, aby stworzyć systemy, które są w stanie odtworzyć żywe i niewykrywalne reakcje oraz zdolności kamuflażu występujące w naturze. Mikroskopijne układy responsywne o rozmiarze mniejszym od pieprzyka mogą dostarczyć nam masy informacji na temat składu chemicznego ich otoczenia”.
Zanieczyszczenia gorsze niż myśleliśmy
Współautorka badania, dr Larisa Florea z wydziału chemii TCD i AMBER, przedstawia kilka odkrywczych statystyk dotyczących zanieczyszczeń w naszych domach, biurach i samochodach. „Modele sugerują, że stężenie zanieczyszczeń może być tam od 5 do 100 razy wyższe niż na zewnątrz. Jest to niepokojące, jeśli weźmiemy pod uwagę, że według Światowej Organizacji Zdrowia 90 % ludności świata żyje na obszarach, na których przekraczane są dopuszczalne normy powietrza. Zanieczyszczenia te mogą być uzależnione od powietrza atmosferycznego, obecności substancji chemicznych, zapachów, jakości żywności oraz działalności człowieka i mieć znaczący wpływ na nasze zdrowie”. Dr Florea podsumowuje: „Do tej pory czujniki obecności gazów w pomieszczeniach koncentrowały się niemal wyłącznie na wykrywaniu nieszczelności, dymu i dwutlenku węgla. Nawet powtarzające się postępy, umożliwiające pomiar wilgotności względnej, poziom tlenu, dwutlenku węgla, lotnych związków organicznych (LZO) i amoniaku w czasie rzeczywistym, mogą odegrać ogromną rolę w rozwoju krajowego ekosystemu monitorowania środowiska. Dzięki temu monitorowanie stanu zdrowia i samopoczucia stanie się głównym elementem przyszłego budownictwa mieszkalnego i automatyki”. Projekt ChemLife (Artificial micro-vehicles with life-like behaviour) potrwa do września 2023 roku. Projekt 5D NanoPrinting (Functional & Dynamic 3D Nano- MicroDevices by Direct Multi-Photon Lithography) zakończy się w sierpniu 2024 roku. Więcej informacji: projekt ChemLife projekt 5D NanoPrinting
Słowa kluczowe
ChemLife, 5D NanoPrinting, czujnik, gaz, opary, zanieczyszczenie, rozpuszczalnik, zdrowie