ENGINEERINGNET.BE - Chemische sensoren meten meestal hoeveel van een bepaalde stof zich hecht aan een oppervlak.
Maar in de lucht zweven honderden vluchtige organische stoffen, vaak in lage concentraties en door elkaar. Daarbij komt waterdamp, vaak duizend keer overvloediger aanwezig dan de te detecteren stoffen. Dat maakt het voor veel sensoren lastig om nauwkeurige metingen te doen.
Het nieuwe sensorplatform van KU Leuven maakt daarom gebruik van metaal-organische roosters (MOF’s): materialen met een netwerk van nanoporiën die allemaal exact even groot zijn.
Die fungeren als een soort moleculaire flitspaal. Als gasmoleculen door de poriën bewegen, bij een licht verhoogde temperatuur, doen ze dat elk met een eigen snelheid, afhankelijk van hun structuur.
Die snelheid werkt als een vingerafdruk. Door ze te meten, kunnen onderzoekers verschillende gassen van elkaar onderscheiden, zelfs onder moeilijke omstandigheden waar klassieke sensoren falen.
“Je zou onze aanpak kunnen vergelijken met een flitscontrole voor moleculen”, zegt Margot Verstreken, bio-ingenieur en postdoctoraal onderzoeker bij KU Leuven.
“We kijken naar hoeveel moleculen er door de nanoporiën bewegen, en naar de verschillen in snelheid. Kinetische selectiviteit noemen we dat. Die extra informatie maakt het verschil.”
Het gaat daarbij om een schaalbaar platform. “Door het metaal-organisch rooster aan te passen, kunnen we de sensor afstemmen op specifieke gassen, zonder dat de onderliggende technologie verandert”, aldus Verstreken.
“Het systeem blijft compact, energiezuinig en performant. Zelfs in vochtige omgevingen of bij complexe gasmengsels en lage concentraties presteert het systeem beter dan commerciële elektronische neuzen.”
Er loopt een patentaanvraag op de specifieke sensorstructuur, want de toepassingsmogelijkheden zijn breed. Denk aan een ademtest voor vroege diagnose van diabetes.
Of het opsporen van lekken in de chemische industrie en defecten in lithium-ion-batterijen, de luchtkwaliteit binnen of buiten in de gaten houden, of het monitoren van de versheid van groenten en fruit in opslag.
Dankzij het modulaire ontwerp kan de sensor telkens worden aangepast aan de taak: kies de juiste MOFs, en het platform doet de rest.
Verstreken: “Door de juiste MOF of combinatie van MOF's te kiezen, kun je de sensor afstemmen op wat je wil detecteren. Die flexibiliteit maakt ons platform geschikt voor allerlei sectoren, van gezondheidszorg tot veiligheid.”
De wetenschapster won met dit onderzoek de Belgische editie van Falling Walls, een internationale wedstrijd voor wetenschapscommunicatie. In november vertegenwoordigt ze België op de wereldfinale in Berlijn, waar ze het opneemt tegen jonge onderzoekers uit ruim 100 landen.
