حسگر نانو کامپوزیتی جدید

[unstoppable 5989]

پژوهشگران دانشگاه محقق اردبیلی با استفاده از روش جدید قالب زنی، نانوذرات پلیمری قالب‌دار شده با مولکول‌های اتانول را به منظور ‏تشخیص گاز اتانول تولید کردند. ‏

پژوهشگران دانشگاه محقق اردبیلی با استفاده از روش جدید قالب زنی، نانوذرات پلیمری قالب دار شده با مولکول‌های اتانول را به منظور ‏تشخیص گاز اتانول تولید کردند. حسگر تولیدی بر پایه نانوکامپوزیت نانولوله‌های کربنی چند‌دیواره‎-‎نانوذرات پلیمری قالب‌دارشده برای ساخت ‏حسگر‌های گازی مقاومت شیمیایی بوده است. این روش جدید می‌تواند در تولید حسگرهای دیگر با بازده بالا و حساسیت بالا مورد استفاده قرار ‏گیرد.‏

 

فناوری قالب‌زنی مولکولی یک روش تهیه مواد هوشمند است که قابلیت‌شناسایی و جذب گزینشی مولکول یا یون‌های مورد نظر در ‏محیط‌های مایع یا حتی گازی را دارا است‎.‎‏ این مواد رقبای مصنوعی و سنتزی برای سیستم‌های مشابه مانند آنتی بادی‎-‎آنتی ژن، ‏آنزیم‌ها و یا پذیرنده‌های حسی و یا غیر حسی در موجودات زنده هستند‎.‎‏ ویژگی مهم این مواد این است که دارای پایداری شیمیایی، دمایی و ‏مکانیکی بسیار بالاتری نسبت به رقبای بیولوژیک خودهستند‎.‎‏ همچنین این پذیرنده‌های مصنوعی را می‌توان برای طیف بسیار وسیع و ‏دلخواهی از مولکول‌های شیمیایی تهیه کرد‎.‎‏ در صورتی که تعداد محدودی پذیرنده بیولوژیک در دسترس ما قراردارد‎.‎‏ هم اکنون این مواد ‏کاربردهای بسیار متنوعی در زمینه‌های مختلف مانند جداسازی، کاتالیز واکنش‌های شیمیایی، دارورسانی و حسگر‌های شیمیایی و بیوشیمیایی ‏پیدا کرده است‎.‎‏ تهیه پلیمر‌های قالب دار شده در ابعاد نانومتری ضمن آنکه نقایص پلیمر‌های قالب دار شده توده‌ای و درشت را مرتفع می‌سازد ‏موجب بهبود کارایی این مواد در جذب گزینشی مولکول‌های مورد نظر شده و ظرفیت جذبی آنها را افزایش می‌دهد‎.‎

 

در این کار نانوذرات پلیمری قالب‌دار شده با مولکول‌های اتانول، با روش پلیمریزاسیون رسوبی تهیه گردیده و به عنوان عناصر تشخیص ‏دهنده یا حدفاصل شیمیایی یک حسگر گازی برای آشکارسازی و اندازه‌گیری اتانول مورد استفاده قرار گرفتند. دکتر طاهر علی‌زاده در ‏توضیحاتی در رابطه با این تحقیقات گفت: «در این تحقیقات، بعد از سنتز نانوذرات پلیمری، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی متوسط اندازه ‏نانوذرات در حد 25 نانومتر تخمین زده شد. حسگر گازی مذکور از نوع مقاومت شیمیایی بوده و مبتنی بر نانوکامپوزیت حاصل از آمیختن ‏نانوذرات پلیمری قالب دار شده با اتانول، نانولوله‌های کربنی و پلی‎-‎‏ متیل متااکریلات بود. نانوذرات پلیمری قالب دار شده برای جذب گزینشی ‏مولکول‌های اتانول طراحی شده‌اند و بنابراین وقتی در معرض بخارات اتانول قرار می‌گیرند آنها را جذب کرده و در نتیجه متورم می‌شوند‎.‎‏ از ‏آنجا که نانوذرات پلیمری قالب دار شده به طور مناسب در لابه لای نانولوله‌های کربنی قرار دارند تورم مذکور موجب افزایش فاصله و کاهش ‏اتصالات بین نانولوله‌های کربنی شده و در نتیجه هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت به مقدار قابل توجهی کم می‌شود‎.‎‏ این به معنی ترجمه یک ‏رخداد شیمیایی گزینش‌پذیر به یک سیگنال الکتریکی قابل آشکارسازی و ثبت است‎.‎‏ میزان کاهش رسانایی نانوکامپوزیت متناسب با غلظت ‏اتانول در محیط اطراف حسگر است‎.‎‏ به‌دلیل استفاده از فناوری قالب زنی مولکولی برای تهیه عنصر تشخیص دهنده این حسگر، گزینش ‏پذیری بسیار بالایی برای حسگر مذکور به‌دست آمد به طوری که بین دو مولکول اتانول و متانول تفاوت قابل ملاحظه‌ای در پاسخ حسگر ‏مشاهده گردید‎.‎‏ البته نقش پلیمر خطی مورد استفاده (پلی‎-‎متیل متااکریلات) در ایجاد یک محیط آبگریز در نانوکامپوزیت و جلوگیری از اثر ‏مزاحمت بخارات آب به عنوان یک مزاحم بالقوه در کار کرد حسگر شیمیایی گازی پیشنهاد شده نیز اثبات گردید‎.‎‏»‏

 

از حسگر تولید شده با توجه به ویژگی‌های برتر خود از جمله ساده، ارزان، کوچک و در عین حال حساس و گزینش‌پذیر برای آشکارسازی ‏اتانول، می‌توان به عنوان یکی از ممتازترین حسگرها نام برد. نکته دیگری که در این تحقیقات مورد توجه است، استفاده از یک تکنیک ‏جدید برای ساخت حسگر‌های شیمیایی برای انواع مختلفی از مولکول‌های شیمیایی بر اساس نانوکامپوزیت‌هایی بر پایه پلیمر‌های قالب دار شده ‏در ابعاد نانومتری و نانو‌لوله‌های کربنی است.‏

 

علی زاده، دانشیار دانشگاه محقق اردبیلی، با اشاره به استفاده از کوپل پلیمری قالب شده به عنوان یک ایده نو توضیح داد: «در این کار ‏یک سازوکار حسگری بر پایه نانوکامپوزیت نانولوله‌های کربنی چند‌دیواره‎-‎نانوذرات پلیمری قالب دار شده برای ساخت حسگر‌های گازی مقاومت ‏شیمیایی معرفی شد‎.‎‏ در این تحقیقات، ما کوپل پلیمر‌های قالب دار شده نانومتری را با نانوتیوب‌های کربنی برای تهیه یک حسگر مقاومت ‏شیمیایی معرفی کردیم‎.‎‏ با این کار یک افزایش قابل ملاحظه در گزینش پذیری و حساسیت را برای حسگر پیشنهادی اثبات نمودیم‎.‎‏ این کار ‏می‌تواند یک زیر شاخه نوین در طراحی و ساخت حسگرهای گازی مقاومت شیمیایی با گزینش پذیری بالا را برای طیف وسیعی از ترکیبات ‏شیمیایی بر اساس فناوری قالب زنی مولکولی فراهم آورد‎.‎‏»‏

 

این طرح می‌تواند پاسخ گوی نیازهای مرتبط با اندازه‌گیری و آشکارسازی دقیق و در محل برای اهداف مختلف از جمله در تست کردن ‏تنفس افراد مشکوک به مصرف مشروبات الکلی و آشکارسازی شروع فرایند تخمیر باشد. به گفته علی زاده، با توسعه هر چه بیشتر در زمینه ‏حسگری که معرفی گردید می‌توان برای طیف وسیعی از ترکیبات مهم، حسگر‌های دقیق، حساس و بسیار ارزان تهیه نمود که بتواند هم در فاز ‏گازی و هم در فاز مایع ترکیبات مورد نظر را آشکار‌سازی و اندازه‌گیری کند. از جمله این ترکیبات می‌توان به آشکار‌سازی گازهای جنگی، مواد ‏منفجره، آلوده کننده‌های زیست‌محیطی و مواد غذایی، یون‌های فلزات سنگین و حتی نشانگر‌های بیولوژیک اشاره نمود‎.‎

 

نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر طاهر علی زاده و خانم فاطمه رضالو از دانشگاه محقق اردبیلی صورت گرفته است، در مجله ‏Sensors and Actuators B: Chemical‏ (جلد 176، ماه ژانویه سال 2013) منتشر شده است.

 

منبع : مجله بسپار