2020 sainstek Sensor Gas untuk Pantau Kesehatan dan Lingkungan

Teknologi sensor gas terbaru ini akan segera tersedia secara komersial sebagai perangkat pemantau lingkungan dan kesehatan manusia. Para peneliti di Penn State dan Northeastern University berhasil mengembangkan sensor gas terbaru yang sangat sensitif yang bisa dipakai sebagai perangkat pemantau lingkungan sekaligus kesehatan manusia.

Perangkat sensor ini merupakan peningkatan pada sensor yang dapat dipakai dengan menggunakan mekanisme pemanasan sendiri hingga meningkatkan sensitivitas. Teknologi ini memungkinkan pemulihan secara cepat dan penggunaan kembali perangkat. Alat lain dari jenis ini membutuhkan pemanas eksternal.

Selain itu, sensor yang dapat dikenakan lainnya membutuhkan proses litografi yang mahal dan memakan waktu dalam kondisi kamar bersih. "Orang-orang suka menggunakan bahan nano untuk merasakan karena rasio permukaan ke volume yang besar membuat mereka sangat sensitif," kata Huanyu Cheng, asisten profesor ilmu teknik dan mekanik serta ilmu teknik material di Penn State.

"Masalahnya adalah material nano bukanlah sesuatu yang dapat dengan mudah kita hubungkan dengan kabel untuk menerima sinyal, mengharuskan perlunya sesuatu yang disebut elektroda interdigitated, yang seperti digit di tanganmu," jelas Cheng.

Cheng dan timnya menggunakan laser untuk pola garis tunggal nanomaterial yang sangat berpori mirip dengan graphene untuk sensor yang mendeteksi gas, biomolekul, dan di masa depan, bahan kimia lainnya. Di bagian platform perangkat yang tanpa sensor, tim membuat serangkaian garis serpentine yang dilapisi dengan perak.

Ketika mereka menerapkan arus listrik ke perak, daerah penginderaan gas akan memanas secara lokal karena hambatan listrik yang jauh lebih besar, menghilangkan kebutuhan untuk pemanas yang terpisah. Garis serpentine memungkinkan perangkat untuk meregang, seperti mata air untuk menyesuaikan dengan kelenturan tubuh dengan sensor yang dapat dikenakan.

Bahan nano yang digunakan dalam karya ini adalah oksida graphene dan molibdenum disulfida tereduksi, atau kombinasi keduanya atau komposit oksida logam yang terdiri dari inti seng oksida dan cangkang tembaga oksida, mewakili dua kelas bahan sensor gas yang banyak digunakan serta material nano dimensi rendah dan logam oksida.

"Menggunakan laser CO2, sering ditemukan di toko-toko mesin, kita dapat dengan mudah membuat banyak sensor pada platform kita," kata Cheng. "Kami berencana memiliki puluhan hingga seratus sensor, masing-masing selektif untuk molekul yang berbeda, seperti hidung elektronik, untuk memecahkan kode beberapa komponen dalam campuran kompleks," tambah Cheng.

Ketertarikan Amerika

Menurut para peneliti, badan keamanan AS sendiri tertarik pada sensor yang dapat dipakai ini untuk mendeteksi bahan kimia dan biologis yang dapat merusak saraf atau paru-paru. Perusahaan peralatan medis juga sudah bekerja sama dengan tim untuk meningkatkan produksi untuk pemantauan kesehatan pasien, termasuk deteksi biomarker gas dari tubuh manusia dan deteksi lingkungan dari polutan yang dapat mempengaruhi paru-paru.

Ning Yi, seorang mahasiswa doktoral di lab Chen dan penulis utama makalah yang terbit di Journal of Materials Chemistry A ini mengatakan melalui penelitian ini para peneliti ingin menunjukkan bahwa mereka dapat mendeteksi nitrogen dioksida, yang dihasilkan oleh emisi kendaraan.

"Kami juga dapat mendeteksi sulfur dioksida, yang bersama dengan nitrogen dioksida, menyebabkan hujan asam. Semua gas ini bisa menjadi masalah dalam keamanan industri," kata Yi.

Para peneliti mengatakan langkah selanjutnya adalah membuat array kepadatan tinggi dan mencoba beberapa ide untuk meningkatkan sinyal dan membuat sensor lebih selektif. Ini mungkin melibatkan menggunakan pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi sinyal berbeda dari molekul individu pada platform.

nik/dariberbagaisumber/S-2