شناسایی گازهای مرگ‌بار به‌وسیله نانولوله‌های کربنی

مهندسان شیمی دانشگاه MIT، با استفاده از نانولوله‌های کربنی شناساگر الکترونیکی بسیار حساسی ساخته‌اند که می‌تواند گازهای مرگ‌باری از قبیل سارین(sarin)، یک عامل عصبی، را ‌شناسایی کند. این فناوری که قادر به شناسایی گاز خردل، آمونیاک و عوامل عصبی VX نیز هست، توان بالقوه‌ای برای استفاده به‌عنوان یک افزاره کم‌انرژی و کم‌هزینه دارد، همچنین می‌توان آن را در جیب حمل کرد و یا برای پایش مواد شیمیایی مضر داخل یک ساختمان استفاده کرد.

مهندسان شیمی دانشگاه MIT، با استفاده از نانولوله‌های کربنی شناساگر الکترونیکی
بسیار حساسی ساخته‌اند که می‌تواند گازهای مرگ‌باری از قبیل سارین(sarin)، یک عامل
عصبی، را ‌شناسایی کند. این فناوری که قادر به شناسایی گاز خردل، آمونیاک و عوامل
عصبی VX نیز هست، توان بالقوه‌ای برای استفاده به‌عنوان یک افزاره کم‌انرژی و کم‌هزینه
دارد، همچنین می‌توان آن را در جیب حمل کرد و یا برای پایش مواد شیمیایی مضر داخل
یک ساختمان استفاده کرد.
 میکائیل استرانو، از دانشگاه MIT و یکی از این محققان، می‌گوید:« ما فکر می‌کنیم که
این فناوری می‌تواند برای کاربردهای ایمنی و محیطی متنوعی استفاده شود. این حسگر به
مولکول‌های تقلیدکننده ترکیبات سمی عصبی اُرگانوفسفاتی(از قبیل سارین) حساسیت فوق‌العاده‌ای
نشان داده‌است و می‌تواند مقادیر خیلی کم در حد یک فمتومول(یک میلیارد مولکول) را
‌شناسایی کند. این مقدار معادل(قسمت بر تریلیون) ppt 25 است.
سارین ـ که در حمله تروریستی ۱۹۹۵ در ژاپن ۱۲ نفر را کشت ـ در غلظت‌های خیلی
پایین(در حد قسمت بر میلیون یا ppm) بعد از ده دقیقه می‌تواند منجر به مرگ شود؛ به
طوری که ‌شناسایی غلظت‌های خیلی کم برای ایمنی زندگی بشر مهم است. این‌‌ شناساگر
جدید خیلی بیشتر از آنچه برای ‌شناسایی دوزهای مرگ‌بار لازم است، حساس است.
 

سارین ـ که در حمله تروریستی ۱۹۹۵ در ژاپن ۱۲ نفر را کشت ـ در غلظت‌های خیلی
پایین(در حد قسمت بر میلیون یا ppm) بعد از ده دقیقه می‌تواند منجر به مرگ شود؛ به
طوری که ‌شناسایی غلظت‌های خیلی کم برای ایمنی زندگی بشر مهم است. این‌‌ شناساگر
جدید خیلی بیشتر از آنچه برای ‌شناسایی دوزهای مرگ‌بار لازم است، حساس است.
این محققان برای ساختن‌ ‌شناساگر فوق‌العاده حساس خود، از یک آرایه نانولوله‌های
کربنی هم‌راستاشده در عرض میکروالکترودها، استفاده کردند. هر لوله شامل یک شبکه تک‌لایه
از اتم‌های کربنی است که به‌عنوان یک سیم مولکولی عمل می‌کند. این حسگر نانولوله‌ای
توان خیلی کم( در حد ۰۰۰۳/۰ وات) نیاز دارد. چنین حسگری می‌تواند در گوشه یک اتاق
نصب شود و برای مدت بسیار زیادی از یک باطری استفاده کند.
با اتصال مولکول یک گاز ویژه به نانولوله کربنی، هدایت الکتریکی نانولوله تغییر می‌کند.
هر گاز اثر خاصی بر هدایت نانولوله دارد، بنابراین با اندازه‌گیری میزان تغییر
هدایت بعد از اتصال، می‌توان گازهای مختلف را‌ شناسایی کرد. این محققان با جفت کردن
این نانولوله‌های کربنی با یک ستون کروماتوگرافی– گاز(GC) خیلی کوچک، توانستند به
سطح جدیدی از حساسیت برسند. این ستون ـ که روی یک تراشه سیلیکونی کوچک‌تر از یک سکه
حکاکی شده‌است ـ گازهای مختلف را قبل از اینکه به نانولوله‌های کربنی برسند، به‌سرعت
از همدیگر جدا می‌کند.
این حسگر جدید، اولین حسگر نانولوله‌ای است که در این سطح حساسیت برگشت‌پذیر است.
برای برگشت‌پذیری این حسگر لازم بود که این محققان قدرت اتصال مولکول‌های گازی
مختلف به سطح نانولوله‌ها را کاهش دهند. آنها نشان دادند که این کار می‌تواند با
پوشش‌دهی نانولوله‌ها با مولکول‌های نوع آمین، انجام شود، این مولکول‌ها یک جفت
الکترون اضافی به نانولوله‌ها می‌بخشند.
این پوشش‌دهی امکان اتصال مولکول‌های گاز به نانولوله‌ها را فراهم می‌آورد، ولی بعد
از چند میلی‌ثانیه از آن جدا شوند. با یک شبکه از این حسگرهای برگشت‌پذیر ـ هنگامی
که در یک محیط پخش‌شده‌است ـ می‌توان یک گاز را ردیابی کرد.
این محققان نتایج کار خود را در مجله Angewandte Chemie منتشر کرده‌اند.