حسگر گرافن-نیكل اکسید برای تشخیص زودرس فساد گوشت گوساله توسعه یافت

گروهی از محققان کره جنوبی با به کارگیری گرافن و نانوذرات اکسید نیکل، حسگری با حساسیت و گزینشپذیری بالا برای تشخیص آمونیاک ساختهاند که میتواند فساد گوشت گوساله را در مراحل اولیه شناسایی کند.

به گزارش آینده، آمونیاک گازی است که بوی بد دارد و از شاخصهای حیاتی در فرآیندهای فساد مواد غذایی، آلودگی زیستمحیط و اختلالات متابولیک انسان محسوب میشود. وقتی گوشت دچار فساد میشود، گازهایی همانند آمونیاک از آن ساطع میگردند که میتوان از آنها برای تشخیص فساد بهره برد.

سطوح آمونیاک میتوانند فعالیت میکروبی در گوشت را زمانها قبل از ظهور علائم قابل مشاهده فساد نشان دهند. با این حال، ساخت حسگری که بتواند با دقت، گزینشپذیری و پایداری بالا در شرایط دنیای واقعی آمونیاک را تشخیص دهد، چالشی برای محققان بوده است.

اکثریت تلاشها برای گسترش حسگرهای گازی بر پایه اکسیدهای فلزی متمرکز بوده که اگرچه حساسیت بالایی دارند، اما از محدودیتهایی همچون مصرف انرژی بالا، زمان پاسخدهی کند و حساسیت به رطوبت رنج میبرند. گرافن با ویژگیهایی چون خواص الکتریکی و فیزیکی عالی، انعطافپذیری بالا، شفافیت و مصرف کم انرژی، گزینهای دلنشین برای فناوریهای حسگری نسل بعد است، هرچند گزینشپذیری کم آن مانع کاربرد گسترده شده بود.

در این مطالعه اخیر، محققان نانوذرات اکسید نیکل را بر روی میکروالگوهای گرافن داخل کردند تا حسگری فوقالانتخابگر و حساس برای آمونیاک شکل دهند که حتی در شرایط سخت الکترونیکهای پوشیدنی نیز بتواند به خوبی کار کند. این پیشرفت جهشی رو به جلو در فناوری حسگرها محسوب میشود، به ویژه برای کاربردهایی نظیر نظارت بر کیفیت غذا و دستگاههای پوشیدنی ردیاب کیفیت هوا.

هسته اصلی این تحقیق، برطرف کردن محدودیتهای ذاتی گرافن در حسگر گازی است. ساختار اتمی گرافن اگرچه سطح بزرگی فراهم میکند و آن را در تشخیص گازها از طریق برهمکنشهای سطحی عالی میسازد، اما همین ساختار توانایی تمایز بین مولکولهای گازی مختلف را محدود میکند.

در پژوهشهای پیشین، محققان سعی کرده بودند گزینشپذیری گرافن را از طریق راهکارهایی چون اعمال پلاسما و افزودن فلزات نجیب همچون پلاتین و طلا افزایش دهند، اما این رویکردها بیشتر با معایبی چون هزینه بالا، فرآیندهای ساخت پیچیده و کارکرد غیربهینه در شرایط واقعی همراه بودهاند.

در این پژوهش، محققان با بهرهگیری از نانوذرات به جای فلزات نجیب، مشکل را حل کردند. اکسیدهای فلزات واسطه همچون به دلیل خواص الکترونیکی منحصر به فرد و توانایی تعامل قوی با مولکولهای گاز خاص، مزایای بسیاری در سنجش گاز ارائه میدهند. مشخص شده است که اکسید نیکل به طور خاص اتصال قوی با مولکولهای آمونیاک دارد که آن را به گزینهای ایدهآل برای بهبود گزینشپذیری گرافن تبدیل میکند.

یکی از قابلتوجهترین ویژگیهای این حسگر، مصرف انرژی بسیار پایین آن است که نیاز اساسی برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی محسوب میشود.