حسگری برای شناسایی مقادیر بسیار اندک از مواد خطرناک

برای این که بتوان جلوی حملات تروریستی را به فرودگاه‌ها گرفت باید امکان شناسایی مقادیر بسیار اندک از مواد منفجره به سادگی و اطمینان فراهم شود. با این که فناوری‌های مختلف حسگری توسعه پیدا کرده‌ است اما باز هم بینی سگ‌ها به‌عنوان بهترین شناساگر شناخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مقاله‌ای که اخیرا پژوهشگران فرانسوی و آلمانی به چاپ رساندند نوع جدیدی از حسگرهای میکرومکانیکی را ارائه کردند که در ساخت آن از اندام‌های پروانه الهام گرفته شده است.

برای این که بتوان جلوی حملات تروریستی را به فرودگاه‌ها گرفت باید امکان
شناسایی مقادیر بسیار اندک از مواد منفجره به‌سادگی و اطمینان فراهم شود.
با این که فناوری‌های مختلف حسگری توسعه پیدا کرده‌ است اما باز هم بینی
سگ‌ها به‌عنوان بهترین شناساگر شناخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در
مقاله‌ای که اخیرا پژوهشگران فرانسوی و آلمانی به چاپ رساندند نوع جدیدی از
حسگرهای میکرومکانیکی را ارائه کردند که در ساخت آن از اندام‌های پروانه
الهام گرفته شده است.

یک راهبرد برای حسگری استفاده از فناوری مبتنی بر میکروتیرک است. این
تیرک‌ها بسیار انعطاف‌پذیر و کوچک بوده و همانند انواع تیرک‌هایی است که
برای اسکن سطح توسط میکروسکوپ نیروی اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی
که از این تیرک به‌عنوان بینی شیمیایی استفاده می‌شود، سطح تیرک با موادی
که به‌صورت ویژه به ماده مورد نظر می‌چسبد پوشش داده می‌شود. تیرک معمولا
در فرکانس خاصی نوسان دارد. زمانی که ماده مورد نظر به تیرک می‌چسبد فرکانس
نوسان آن را تغییر می‌دهد این تغییر به‌راحتی قابل اندازه‌گیری است.

 
از انجایی که فشار بخار در دمای اتاق بسیار کم است بنابراین نمی‌توان با حساسیت
بالا واطمینان قابل قبول مواد منفجره را شناسایی کرد. یک گروه تحقیقاتی به رهبری
دنیس اسپیتزر از موسسه آلمانی-فرانسوی سنت لوئیس و والر کلر به بررسی امکان ساخت
حسگر بسیار حساسی برای شناسایی تری نیتروتولوئن (TNT) پرداختند. برای این کار آنها
از اندام حساس نوعی پروانه الهام گرفتند. بید ابریشم نر از این اندام برای تشخیص
فرمون بید ماده استفاده می‌کند. این اندام که نوعی آنتن محسوب می‌شود از سنسیلیا
پوشیده شده است. سنسیلیا موهای متخلخلی هستند که دارای اعصابی با توانایی شناسایی
مواد شیمیایی هستند.

دانشمندان تیرک‌های مورد نظر خود را همانند اندام آنتنی شکل بید مجهز کردند. آنها
این تیرک را با استفاده از نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم سه بعدی که به‌صورت
عمودی جهت‌گیری شده، پوشش دادند، دقیقا شبیه سنسیلیا در پروانه‌ها. این کار چند
مزیت دارد: با این کار سطح ویژه میکروتیرک به مقدار قابل توجهی افزایش می‌یابد.
دی‌اکسید تیتانیوم به‌خوبی می‌تواند به زیرلایه‌ای بچسبد که دارای گروه‌های نیترو
هستند، این گروه‌ها در TNT و دیگر مواد منفجره وجود دارند. از سوی دیگر لوله‌ها
دارای سر باز بوده که این کار می‌تواند پاسخ سریع از سوی حسگر را تضمین کند.

این لوله‌ها در حدود ۱۷۰۰ نانومتر طول، ۱۰۰ نانومتر قطر و ۲۰ نانومتر ضخامت دارند،
هر تیرک در حدود نیم میلیون عدد از این نانولوله‌ها را در خود دارد.