دانشمندان ایتالیایی یک سنسور ارزان و ساده طراحی کرده‌اند که قابلیت پاک‌سازی خود را در هنگام قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش (UV) دارد. طرح آنها مسیری را به سمت الکترودهای خود تمیز شونده با کاربرد فراوان در زمینه‌ی سنجش‌های زیست-محیطی و زیست‌پزشکی باز خواهد نمود، برای مثال تشخیص آلودگی آب و یا نظارت بر داروها در جریان خون.

اگر هر کتاب مربوط به حسگرهای شیمیایی یا بیولوژیکی را نگاه کنید، مطالب زیادی در آن در رابطه با دستگاه‌های الکتروشیمیایی پیدا خواهید کرد. این فراوانی نشان از اهمیت و مزایای استفاده از سنجش‌های مبنی بر الکترود است. از طرفی الکترودهای حاوی نانومواد به دلیل نسبت سطح به حجم بالا که می‌تواند حساسیت آنها را افزایش و قیمت‌ها را کاهش دهد، روز به روز محبوب‌تر می‌شوند.

با این وجود تمیز نگه داشتن الکترودهای با پایه‌ی نانومواد کار بسیار دشواری است و این سبب محدودیت کاربرد این الکترودها در سنجش‌های زیست‌محیطی و زیست‌پزشکی می‌شود. برای مثال، آب رودخانه دارای گونه‌هایی است که می‌توانند سنسورهای الکتروشیمیایی را آلوده کنند، به طوری که استفاده‌ی مجدد از آنها ممکن نباشد. مثال دیگر دوپامین –یک انتقال‌دهنده‌ی عصبی مهم به ویژه در بیماری پارکینسون- است که سنسورها را در طول تشخیص الکتروشیمیایی خود آلوده می‌کند و قابلیت استفاده‌ی مجدد سنسور از بین می‌رود.

به منظور حل این مشکل، Luigi Falciola و تیم او در دانشگاه میلان حسگري الکتروشیمیایی طراحی کرده‌اند که یک لایه‌ی فعال نوری از جنس تیتانیا (تیتانیوم دی اکسید، TiO2) در بالای خود دارد و می‌تواند با تابش نور فرابنفش تمیز شود و مورد استفاده‌ی مجدد به منظور شناسایی دوپامین قرار بگیرد. این لایه‌ی تیتانیا یک توزیع بسیار منظم از نانوذرات نقره (ابزار اصلی سنجش) را که روی لایه‌ای از سیلیکا چیده شده‌اند می‌پوشاند.

ساختار دوپامين

سطوح خود تمیز شونده با پایه‌ی تیتانیا به طور فزاینده به بخش مهمی از زندگی روزمره‌ی ما تبدیل شده‌اند. این سطوح در پنجره‌های خود تمیز شونده، اتومبیل‌ها و همچنین ابزار پزشکی خود استریل شونده کاربرد دارند. در تمام این موارد تمیز شدن به صورت مشابه انجام می‌شود: با تابش نور فرابنفش از خورشید یا یک منبع مصنوعی کاتالیست نوری در لایه‌ی تیتانیا القا می‌شود که سبب شکسته شدن رسوب‌های آلی (آلودگی‌ها) می‌گردد. تیم Falciola از همین اصل در سنسور جدید خود استفاده کرده‌اند.در این باره Falciola توضیح می‌دهد: «چند نمونه‌ی قبلی از الکترودهای خود تمیز شونده وجود دارند، اما دستگاه‌ ما طرحی ساده‌تر و هزینه‌ای کمتر برای ساخت دارد.»

تیم Falciola همچنین نشان دادند که لایه‌ی بالایی از جنس تیتانیا نه تنها قابلیت تمیز کردن دارد، بلکه از الکترودهای اصلاح-شده با نانوذرات در برابر اکسیداسیون و تخریب لایه‌ی سنجش نقره‌ای محافظت می‌کند. به گفته‌ی Falciola این دستگاه فرسوده نمی‌شود و تنها به نور فرابنفش برای تمیز شدن نیاز دارد. این نتیجه برای تیم کاملاً غیر منتظره و خوشحال‌کننده بود.

الکتروشیمیدان دانشگاه Coimbra در پرتغال، Christopher Brett معتقد است این طرح جدید ارزش دنبال کردن بیشتر را دارد. وی اشاره می‌کند که ممکن است لازم باشد لایه‌ی نانوذرات برای آنالیت‌های خاص طراحی شود و همچنین زمان تمیز کردن (در حال حاضر یک ساعت در مورد دوپامین) باید قبل از استفاده‌ی گسترده در تجزیه و تحلیل‌های معمول به ویژه خارج از فضای آزمایشگاهی کاهش داده شود. Falciola تأیید می‌کند که هنوز کار زیادی روی این سنسورها باید انجام شود. تیم وی در حال کار روی زمان تمیز کردن و همچنین محدودیت‌های تشخیص دستگاه هستند.

منبع:

Sensors Cleaned by Light Could Drop Costs of Detecting Pollution or Disease

منابع مفيد:

شيشه‌هاي خودتميز شونده

درمان پارکينسون به شيوه‌ي جديد

الکتروشيمي

بيونيک

نانوتکنولوژي- بخش اول

Dopamine

Titanium Dioxide