Forscher haben einen innovativen papierbasierten Sensor entwickelt, der giftige Gase wie das hochgiftige Nervengift Chlorosarin innerhalb von Minuten zuverlässig erkennt. Die in ACS Sensors veröffentlichte Studie der Amerikanischen Chemischen Gesellschaft (ACS) beschreibt ein kostengünstiges Sensorarray, das durch Farbveränderungen gefährliche Chemikalien in der Luft identifiziert und misst, ohne von Feuchtigkeit beeinträchtigt zu werden.
Herkömmliche elektronische Nasen (E-Nasen) zur Erkennung schädlicher Gase sind teuer und in feuchten Umgebungen oft unzuverlässig. Das Team um Vijay Tak hat eine optoelektronische Alternative entwickelt, die auf Farbstoffmolekülen basiert. Diese ändern ihre Farbe und Intensität, wenn sie mit bestimmten chemischen Stoffen in Kontakt kommen. Der Sensor besteht aus einem 12×3-Array winziger Papierquadrate, die mit farbstoffbeschichteten Siliziumdioxid-Nanopartikeln versehen sind. Diese Partikel wurden in 36 verschiedene Farbwechsellösungen getränkt, getrocknet und auf ein Klebepapier übertragen, das durch ein dünnes Metallblech stabilisiert wird.
In Tests wurde das Sensorarray zwölf giftigen Gasen in zwei unterschiedlichen Konzentrationen ausgesetzt. Durch den Vergleich von Fotos vor und nach einer fünfminütigen Gasexposition konnten die Forscher Art und Konzentration der Gase anhand der Farb- und Intensitätsveränderungen bestimmen. Das Array erreichte eine Genauigkeit von 99 Prozent bei der Identifizierung der Gasart und 96 Prozent bei der Bestimmung der Konzentration. Besonders bemerkenswert: Die Sensoren funktionierten auch in feuchten Umgebungen zuverlässig.
Mit geschätzten Herstellungskosten von nur 20 US-Cent pro Array bietet die Technologie eine kostengünstige und anpassungsfähige Lösung für die Umweltüberwachung. Die Forscher planen, einen tragbaren Prototypen einer optoelektronischen Nase zu entwickeln, um gefährliche Chemikalien in realen Außenbedingungen zu testen.
Die Studie wurde von der indischen Defence Research & Development Organization finanziert.
Credits
Adaptiert von ACS Sensors 2025 DOI 101021acssensors5c01026
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