سنسور انقلابی تشخیص NO: چطور آلودگی هوا و آسم رو زیر نظر بگیریم؟

تشخیص نیتریک اکسید (NO) و اهمیتش

اندازه‌گیری میزان نیتریک اکسید (NO) تو رصد کیفیت هوا خیلی مهمه، چون NO که از سوختن سوخت‌های فسیلی آزاد می‌شه، توی بارون‌های اسیدی و آلودگی هوا نقش داره. تو پزشکی هم، NO به عنوان یه مولکول سیگنال‌دهی مهم شناخته می‌شه و مثل یه نشانگر برای بیماری آسم عمل می‌کنه.

مطالعات تازه تو مجله‌ی Angewandte Chemie

توی مجله‌ی Angewandte Chemie، یه گروه تحقیقاتی گزارشی از یه ماده دادن که می‌تونه به شکل برگشت‌پذیر، با مصرف انرژی کم و با دقت و انتخاب‌پذیری بالا، NO رو تشخیص بده: یه چهارچوب فلزی-آلی دو بُعدی که مس داره و الکتریسیته رو هم از خودش عبور می‌ده.

چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs)

چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) یه سری ساختارهای شبکه‌ای هستن که از «گره‌های» فلزی تشکیل شدن که با پل‌های آلی (لیگاندها) به هم وصل شدن. یه دسته جدید از این MOFها، ساختارهایی هستن که الکتریسیته رو هدایت می‌کنن و لایه‌هایی دارن. این 2D-cMOFها پتانسیل زیادی به عنوان سنسورهای شیمیایی مقاومتی نشون دادن، یعنی با حضور مولکول‌های خاص، مقاومت الکتریکی‌شون تغییر می‌کنه و این باعث می‌شه بتونن گازهای سمی رو با دقت و مصرف کم انرژی تشخیص بدن.

مشکلات و پیشرفت‌ها

مشکلاتی که تو این سیستم‌ها وجود داره، از جمله واکنش با انواع گازها و محدود بودن قابلیت استفاده به خاطر پیوند غیرقابل برگشت مواد تحلیل‌شده بوده. حالا، کاترین آ. میریکا، کریستوفر اچ. هندون و تیم‌شون تو کالج دارتموث (هانور، نیوهمپشایر، آمریکا)، دانشگاه اورگن (اوجین، اورگن، آمریکا) و مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان (کره جنوبی)، یه 2D-cMOF قابل استفاده‌ی مجدد برای تشخیص خیلی دقیق NO ساختن.

اونا تصمیم گرفتن از یه 2D-cMOF بر پایه مس و هگزامینوبنزن استفاده کنن، یعنی Cu₃(HIB)₂.

ساخت ماده‌ای با بلورهای خیلی خوب برای حسگرهای NO

به لطف استراتژی تولید متفاوتی که داشتن (اضافه کردن اتصال‌دهنده به شکل پودر حل‌نشده به محلول یون‌های Cu2+ و استات پتاسیم)، تیم تحقیقاتی تونست ماده‌ای بسازه با بلورهای خیلی بهتر (بلورهایی میله‌ای شکل به طول حدود ۵۰۰ نانومتر) نسبت به چیزی که قبلاً به دست اومده بود. این بلورها از لایه‌هایی تشکیل شدن که ساختارشون مثل یه شبکه‌ست و شامل حلقه‌های شش‌ضلعی می‌شه که توسط یون‌های مس به اتم‌های نیتروژن متصل شدن.

2D-cMOF شامل پیوندهای فلزی و آلی، با جزئیات دقیق.” class=”img–noscript universal-image__image” />

آنالیزهای طیف‌سنجی و محاسباتی نشون داد که محل‌های اتصال برای NO، واحدهای Cu-bis(iminobenzosemiquinone) تو مس-2D-cMOFs هستن. یه ترکیب مشابه که به جای مس با نیکل ساخته شده بود، هیچ جذبی از NO نشون نداد. مشخصاً، یون‌های مس با بار مثبت یک، که تو ساختار به مقدار کم هستن، بعلاوه یون‌های با بار مثبت دو، نقش مهمی تو اتصال NO دارن.

مطالعات محاسباتی نشون می‌دن که NO جذب شده ساختار رو حسابی کج‌ و کوله می‌کنه و حالت متصل رو ناپایدار می‌کنه، که این اصل قضیه‌ی قابلیت برگشت‌پذیری خوب جذب NO هست. این سنسور جدید می‌تونه NO رو تو دمای اتاق و ولتاژ پایین (۰.۱ ولت) با دقت بالا (حد تشخیص حدود ۱.۸ ppb) شناسایی کنه و حداقل هفت بار هم می‌شه بدون نیاز به دوباره فعال کردن ازش استفاده کرد.

اندازه‌گیری‌های کمی از NO هم در حضور رطوبت موفقیت‌آمیز بودن و نشون دادن که سیگنال سنسور نسبت به NO، در مقایسه با گازهای دیگه، مثل دی‌اکسید نیتروژن، هیدروژن سولفید، دی‌اکسید گوگرد، آمونیاک و منوکسید و دی‌اکسید کربن، خیلی بیشتر تغییر می‌کنه.