Elektroninen nenä MOF-materiaaleista

Oregonin osavaltion yliopiston tutkimus on siirtänyt tieteen lähemmäksi elektronisen nenän kehittämistä ilmanlaadun seuraamiseksi, turvallisuusuhkien havaitsemiseksi ja sairauksien diagnosoimiseksi mittaamalla potilaan hengityksessä olevia kaasuja.

Äskettäin julkaistu tutkimus keskittyi metalliorgaanisiin kehyksiin tai MOF:ksi kutsuttuihin materiaaleihin.

Tutkimuksen tavoitteena oli kriittinen mutta vielä tutkimaton este MOF:ien käyttämisessä kaasuantureina: Kuinka määrität miljardeista mahdollisista MOF:istä oikeat optimaalisen elektronisen nenän rakentamiseksi?

Metalliorgaanisissa kehyksissä on nanokokoisia huokosia ja selektiivisesti adsorboivia kaasuja, kuten sienessä. Ne ovat ihanteellisia käytettäväksi anturijärjestelmissä niiden viritettävyyden takia, jolloin insinöörit voivat käyttää monipuolista materiaalijoukkoa, joka mahdollistaa joukon MOF-pohjaisia antureita toimittaa yksityiskohtaista informaatiota.

Haasteena on, että kaikki MOF-yhdisteet adsorboivat kaikkia kaasuja - ei samassa määrin, mutta silti täydellisen selektiivisyyden puuttuminen estää insinööriä sanomasta yksinkertaisesti: "Otetaan vain tämä MOF hiilidioksidille, toinen rikkidioksidille ja kolmas typpidioksidille."

"Kaasuanturijärjestelmien MOF-elementtien kuratoiminen ei ole niin yksinkertaista, koska jokainen ryhmän MOF adsorboi tuntuvasti kaikkia näitä kolmea kaasua", toteaa tutkimusta vetänyt Cory Simon.

Ihmisen nenä navigoi samaan ongelmaan luottaen noin 400 erityyppiseen hajureseptoriin. Kuten MOF:t, jokainen hajureseptori aktivoituu monien erilaisten hajujen avulla ja jokainen haju aktivoi monia erilaisia reseptoreita; aivot jäsentävät vastekuvion, jolloin ihmiset voivat erottaa useita erilaisia hajuja.

Tutkimuksessa luotiin matemaattisen viitekehys, jonka avulla voidaan MOF:ien adsorptio-ominaisuuksien perusteella päättää, mikä MOF:ien yhdistelmä on optimaalinen kaasuanturi. Tämä tarkoittaa, että kokeilu ja erehdys -lähestymistavan sijaan insinöörit voivat käyttää laskentatehoa kuratoidakseen parhaimman MOF-kokoelman elektroniselle nenälle.

Eräs mielenkiintoinen sovellus tällaisesta nenästä voisi olla sairauden diagnosointi. Esimerkiksi ihmisten hengityksen kautta haihtuvia orgaanisia yhdisteitä käytetään monien sairauksien tunnistamiseen ja tutkimukset ovat osoittaneet, että koirat - joilla on kaksinkertainen määrä erilaisia hajureseptoreita kuin ihmisillä - voivat havaita sairauksia kuonollaan.

Vaikka ihmeellisiä ovatkin, koirien nenät eivät ole niin käytännöllisiä laajassa diagnostisessa käytössä kuin huolellisesti tehty ja valmistettu anturijärjestelmä olisi.

"Etsimme tällä hetkellä ulkoista rahoitusta saadaksemme tämän uuden konseptin fyysiseen toteutukseen", toteaa Cory Simon yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Elektroninen nenä joka kotiin

Siirrettäviä nanoskaalan antureita