استارت‌آپی به نام نانوافیکس ساینس (Nanoaffix Science) راه‌اندازی شده تا نوعی حسگر گرافنی را تجاری‌سازی کند. این حسگر قادر به تشخیص آلودگی‌های آب در مقیاس ppm بوده و آب جاری در لوله‌ها را مورد آزمایش مستمر قرار می‌دهد.
راه‌اندازی استارت‌آپی برای تولید حسگری که پایش مستمر آلودگی آب را انجام می‌دهد
تیمی از محققان به رهبری دانشگاه ویسکانسین-میلواکی به تازگی راهی برای تولید انبوه حسگرهای گرافنی با کارایی بالا ارائه کرده‌اند که می‌تواند فلزات سنگین و باکتری‌ها را در جریان آب تشخیص دهد. این پیشرفت می‌تواند هزینه چنین حسگرهایی را به تنها ۱ دلار آمریکا کاهش دهد و به مردم این امکان را می‌دهد که آب آشامیدنی خود را از نظر سموم در خانه آزمایش کنند.
حسگرها باید حساسیت فوق‌العاده‌ای داشته باشند تا غلظت‌های اندک سمومی که می‌توانند باعث آسیب شوند را اندازه‌گیری کنند. به عنوان مثال، سازمان غذا و داروی آمریکا می گوید که غلظت سرب آب بطری نباید بیشتر از ۵ قسمت در میلیارد باشد. جونهونگ چن، استاد مهندسی مولکولی در دانشگاه شیکاگو می‌گوید: «امروزه تشخیص غلظت در مقیاس ppb یا حتی ppm فلزات سنگین، باکتری‌ها و سایر سموم تنها با تجزیه و تحلیل نمونه‌های آب در آزمایشگاه امکان‌پذیر است. گروه او حسگری با ترانزیستور اثر میدانی گرافنی (FET) توسعه داده که می‌تواند سموم را در آن سطوح پایین در عرض چند ثانیه تشخیص دهد.
این حسگر با استفاده از یک ورق اکسید گرافن نیمه رسانا به ضخامت نانومتری ساخته شده است که به عنوان کانال بین منبع و الکترودهای تخلیه در یک FET عمل می‌کند. یک الکترود گیت جریان عبوری از کانال را کنترل می کند. ورق‌های گرافنی بر روی یک ویفر سیلیکونی قرار می‌گیرند و سپس الکترودهای طلا بر روی ورق‌ها چاپ می‌شوند و به دنبال آن یک لایه اکسید آلومینیوم به ضخامت نانومتری برای جدا کردن الکترود دروازه از کانال نیمه هادی استفاده می‌شود.
محققان مولکول‌های شیمیایی و بیولوژیکی را به سطح گرافن اضافه می‌کنند که به اهداف مورد نظر نظیر باکتری E. coli و فلزات سنگین سرب و جیوه را متصل شوند. هنگامی که حتی کوچکترین مقدار آلاینده به گرافن متصل می‌شوند، رسانایی آن تغییر می کند و میزان تغییرات مربوط به غلظت سموم شناسایی می‌شود.
این دستگاه از آرایه‌ای با سه حسگر مختلف، یکی برای هر آلاینده و برای اندازه‌گیری غلظت در مقیاس ppm در آب جاری استفاده می‌کند. چن می‌گوید الگوریتم‌های یادگیری ماشینی به تمایز بین آلاینده‌ها کمک می‌کنند. پاسخ آن مانند هر FET دیگر بسیار سریع است، بنابراین می توانید فوراً نتایج را ببینید. همچنین، این فناوری به طور بالقوه کم هزینه است زیرا FET یک فناوری مقرون‌به‌صرفه و مقیاس‌پذیر است.
چن می گوید که تولید حسگرهایی با عملکرد قابل اعتماد یک چالش بزرگ است. به این دلیل که لایه اکسید آلومینیوم عایق می‌تواند دارای نقص‌هایی باشد که بارها را به دام می‌اندازد و عملکرد را کاهش می‌دهد.
چن می گوید: «در هر ویفر صدها تراشه حسگری خواهید داشت. در تولیدات آینده، ما می‌توانیم یک مرحله کنترل کیفیت را برای شناسایی دستگاه‌های بد و انتخاب دستگاه‌های با کیفیت بالا در فرآیند تولید در نظر بگیریم.»
این تیم اکنون در تلاش است تا این فناوری را از طریق استارتاپی به نام Nanoaffix Science تجاری‌سازی کند. چن می‌گوید: «اولین محصولی که امیدواریم معرفی کنیم یک دستگاه دستی است که به مردم امکان می‌دهد کیفیت آب آشامیدنی را مستقیماً از شیر آب آزمایش کنند.»
این دستگاه دستی دارای حسگر گرافنی یک بار مصرف قابل تعویض خواهد بود. او می‌گوید در حالی که قیمت این حسگر در حال حاضر حدود ۱۰ دلار است، اما با افزایش مقیاس، در نهایت به ۱ دلار کاهش می‌یابد. تیم او همچنین در حال مطالعه راه‌هایی برای حذف آلاینده‌ها از گرافن برای قابل استفاده مجدد کردن حسگرها هستند. چن می‌گوید: «در اصل این کار شدنی است. در آینده، می‌توانید این نوع حسگر را روی شیرها یا کنتورهای آب برای نظارت مداوم بر کیفیت آب تصور کنید.»
