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.
به گزارش ایسنا، 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 قابلیت شناسایی 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 خود هستند. 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 رفع می‌کند، 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 شده و به عنوان عناصر تشخیص دهنده یا حدفاصل شیمیایی یک حسگر گازی برای آشکارسازی و اندازه‌گیری اتانول مورد استفاده قرار گرفتند.
دکتر طاهر علی‌زاده، دانشیار دانشگاه محقق اردبیلی و محقق طرح 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. وی افزود: 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. محقق طرح تصریح کرد: میزان کاهش رسانایی نانوکامپوزیت متناسب با غلظت اتانول در محیط اطراف حسگر است. به دلیل استفاده از فناوری قالب زنی مولکولی برای تهیه عنصر تشخیص دهنده این حسگر، گزینش پذیری بسیار بالایی برای حسگر مذکور بدست آمد، به طوری که بین دو مولکول اتانول و متانول تفاوت قابل ملاحظه‌ای در پاسخ حسگر مشاهده شد. 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 کارکرد حسگر شیمیایی گازی پیشنهاد شده نیز اثبات شد.
وی افزود: 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.
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 را در گزینش پذیری و حساسیت برای حسگر پیشنهادی اثبات کردیم. 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.
وی تاکید کرد: این طرح می‌تواند پاسخ‌گوی 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 شد، می‌توان برای طیف وسیعی از ترکیبات مهم، حسگرهای دقیق، حساس و بسیار ارزان تهیه کرد 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 کرد.
نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر طاهر علی‌زاده و فاطمه رضالو از دانشگاه محقق اردبیلی صورت گرفته، در مجله «Sensors and Actuators B: Chemical» منتشر شده است.
دریافت صفحه با کد QR