Periset telah membuat penemuan yang bisa membuat cairan kimia bisa terdeteksi dengan sensor yang lebih sensitif.
Sebuah sensor baru telah diciptakan. Sensor ini mampu mengendus atau mendeteksi keberadaan bahan kimia di udara. Biasanya, hal ini digunakan sebagai sebuah peringatan tentang segala hal. Misalnya, mulai dari kebakaran hingga karbon monoksida.
Sensor pendeteksi bahan kimia ini juga bisa mengendus pengemudi yang mabuk hingga perangkat peledak yang tersembunyi di bagasi. Penggunaan metode pengendus ini telah meningkat sedemikian rupa sehingga sensor ini bahkan dapat mendeteksi penyakit pada napas seseorang. Periset telah membuat penemuan yang bisa membuat 'cairan kimia' terbaik kita bahkan lebih sensitif.
Sebuah Peneliti yang dilakukan oleh para ilmuan dari Drexel University dan Korea Advanced Institute of Science and Technology telah membuat sebuah penemuan yang bisa membuat "hidung kimia" terbaik, bahkan jauh lebih sensitif.
Dalam jurnal American Chemical Society, ACS Nano tim peneliti menjelaskan bagaimana material metalik dua dimensi yang disebut MXene dapat digunakan sebagai detektor gas kimia yang sangat sensitif.
Dalam makalah tersebut MXene dapat mengambil bahan kimia, seperti amonia dan aseton, yang merupakan indikator tukak dan diabetes, dengan jejak yang jauh lebih rendah daripada sensor yang saat ini digunakan dalam diagnostik medis.
"MXene adalah salah satu sensor gas yang paling sensitif yang pernah dilaporkan. Penelitian ini penting karena memperluas jangkauan untuk mendeteksi gas umum yang memungkinkan kita mendeteksi konsentrasi sangat rendah, yang sebelumnya tidak dapat kita deteksi," kata Yury Gogotsi, Professor di Drexel's College of Engineering, yang memimpin penelitian ini.
"Sensitivitas perangkat yang tinggi dapat digunakan untuk mendeteksi gas atau polutan beracun yang ditemukan di lingkungan kita," tambah Gogotsi.
Gogotsi dan kelompok Riset Nanomaterialanya dari Departemen Ilmu dan Teknik Material Drexel, bekerja sama dengan Hee-Tae Jung, seorang profesor di KAIST di Daejeon, Korea Selatan untuk mengeksplorasi sifat penginderaan gas dari titanium carbide MXene.
Kunci kemampuan yang sangat bagus adalah bahwa MXene sangat konduktif dan mengalami perubahan konduktivitas listrik yang terukur dengan adanya bahan kimia yang dirancangnya untuk dideteksi - dan hanya bila bahan kimia tertentu ada.
Ketajaman ini disebut rasio "signal-to-noise" di dunia sensor kimia dan digunakan untuk menentukan peringkat kualitas sensor - mengambil lebih banyak sinyal dan sedikit noise adalah tujuannya.
Perangkat yang digunakan saat ini - kebanyakan di setting medis untuk mendeteksi bahan kimia seperti aseton, etanol dan propanol, atau dalam breathalyzers untuk mendeteksi alkohol, rata-rata memiliki rasio signal-to-noise antara 3-10, sementara MXene's antara 170 dan 350, tergantung pada bahan kimia.
"Jika bahan tersebut dapat merespons gas dengan memberi sinyal kuat, sementara secara simultan konduktif dan mencapai kebisingan listrik rendah, sensor dapat mendeteksi gas pada konsentrasi sangat rendah karena rasio signal-to-noise tinggi - ini jelas terjadi. dengan MXene," kata Gogotsi.
Menurut Gogotsi, MXene dapat mendeteksi gas di kisaran 50-100 bagian per miliar. Jumlah ini berada di bawah konsentrasi yang diperlukan untuk sensor arus untuk mendeteksi diabetes dan sejumlah kondisi kesehatan lainnya.Tingkat sensitivitas ini bisa sangat penting untuk mendeteksi penyakit.
Selain diabetes, analisis nafas saat ini sedang dikembangkan untuk diagnosis dini berbagai jenis kanker, sirosis, multiple sclerosis dan penyakit ginjal. Jika indikator kimiawi untuk penyakit ini dapat terlihat dalam konsentrasi yang lebih rendah, maka kemungkinannya mereka akan didiagnosis dan diobati pada tahap-tahap awal penyakit berkembang.
Keuntungan MXene atas bahan sensor konvensional terletak pada struktur dan komposisi kimia. Bahannya bagus untuk memungkinkan molekul gas bergerak melintasi permukaan dan tersangkut, atau menyerap, yang tertentu secara kimia tertarik padanya, menunjukkan selektivitas yang baik.
Tim Gogotsi telah mengekplorasi MXenes sejak penemuan material di Drexel pada tahun 2011. Kelompok ini telah mampu menciptakan dan mempelajari lebih dari dua lusin komposisi kimia yang berbeda untuk material tersebut, yang berarti mereka dapat digunakan untuk membuat sensor dengan variasi yang sangat beragam.
Ke depan, Gogotsi menyarankan, sensor MXene dapat memainkan peran penting dalam pemantauan lingkungan, pemanenan dan penyimpanan energi, serta perawatan kesehatan.
"Langkah selanjutnya untuk memajukan penelitian ini adalah untuk mengembangkan kepekaan sensor terhadap berbagai jenis gas dan meningkatkan selektivitas deteksi antara berbagai gas," kata Gogotsi.
"Kita juga bisa membayangkan sensor pribadi yang akan ada di ponsel pintar kita atau pelacak kebugaran, memantau fungsi tubuh dan lingkungan saat kita bekerja, tidur atau berolahraga, mudah diakses dengan ketukan jari. Meningkatkan sensitivitas deteksi dengan bahan baru adalah yang pertama. Langkah berikutnya adalah membuat perangkat ini menjadi kenyataan," tambah Gogotsi.nik/berbagai sumber/E-6
Sensor Penanda Penyakit dalam Napas
Para ilmuwan terus mengembangkan perangkat yang mampu memantau amonia dalam napas maupun tanda gagal ginjal. Yang terbaru, sebuah kotak kecil plastik tipis yang bisa mendeteksi penanda penyakit dalam napas atau racun pada udara gedung dapat segera menjadi dasar perangkat sensor portabel dan sekali pakai.
Dengan menusuk film plastik tipis dengan pori-pori, peneliti University of Illinois membuat perangkat cukup sensitif untuk deteksi pada tingkat yang cukup rendah untuk dicium, namun penting bagi kesehatan manusia.
Dalam penelitian yang diterbitkan di jurnal Advanced Functional Materials, tim penelitian yang dipimpin oleh profesor Ying Diao dan timnya menunjukkan alat yang mampu memantau amonia dalam napas, tanda gagal ginjal.
"Dalam setting klinis, dokter menggunakan instrumen besar, untuk mendeteksi dan menganalisa senyawa ini. Kami ingin membagikan chip sensor murah kepada pasien sehingga mereka dapat menggunakannya dan membuangnya," kata Diao, yang juga seorang profesor teknik kimia dan biomolekuler di Illinois.
Peneliti lain telah mencoba menggunakan semikonduktor organik untuk penginderaan gas, namun bahannya tidak cukup sensitif untuk mendeteksi jejak tingkat penanda penyakit dalam napas. Diao dan timnya menyadari bahwa situs reaktif tidak berada di permukaan film plastik, namun terkubur di dalamnya.
"Kami mengembangkan metode ini untuk langsung mencetak pori-pori kecil ke dalam perangkat itu sendiri sehingga kami dapat mengekspos situs yang sangat reaktif ini," kata Diao. "Dengan demikian, kita meningkatkan reaktivitas sepuluh kali dan dapat mengurangi satu bagian per miliar," tambahnya.
Untuk demonstrasi perangkat pertama mereka, para peneliti memusatkan perhatian pada amonia sebagai penanda gagal ginjal. Pemantauan perubahan konsentrasi amonia bisa memberi tanda peringatan dini kepada pasien untuk menghubungi dokter mereka untuk tes fungsi ginjal, kata Diao.
Menurut Diao, bahan yang mereka pilih sangat reaktif terhadap amonia tapi tidak pada senyawa lain dalam nafas. Namun dengan mengubah komposisi sensornya, mereka bisa membuat perangkat yang sesuai dengan senyawa lainnya.
Sebagai contoh, para peneliti telah menciptakan monitor lingkungan ultrasensitif untuk formaldehida, polutan dalam ruangan umum di bangunan baru atau yang diperbaharui.
Kelompok ini bekerja untuk membuat sensor dengan berbagai fungsi untuk mendapatkan gambaran kesehatan pasien yang lebih lengkap.
"Kami ingin bisa mendeteksi beberapa senyawa sekaligus, seperti sidik jari kimiawi," kata Diao. "Ini berguna karena dalam kondisi penyakit, beberapa penanda biasanya akan berubah konsentrasi sekaligus. Dengan memetakan sidik jari kimia dan bagaimana perubahannya, kita dapat secara lebih akurat menunjukkan tanda-tanda masalah kesehatan potensial.nik/berbagai sumber/E-6
