Forskare från Treenigheten och Röd, SFI Research Center for Advanced Materials and BioEngineering Research, har upptäckt ett sätt att tillverka små färgförändrande gassensorer med hjälp av nya material och en högupplöst form av 3D-utskrift.

Sensorerna - responsiva, tryckt, mikroskopiska optiska strukturer-kan övervakas i realtid, och används för detektering av lösningsmedelsångor i luft. Det finns en stor potential för att dessa sensorer ska användas i anslutna, billiga enheter för hem, eller integrerad i bärbara enheter som används för att övervaka människors hälsa.

De flesta människor tillbringar mycket av sina liv i hem, bilar, eller arbetsmiljöer, så möjligheten att billigt och exakt övervaka nivåerna av föroreningar, till exempel, kan vara en spelväxlare inom hälso- och välbefinnande.

Arbetet leddes av Larisa Florea, Docent i Trinity's School of Chemistry, och Principal Investigator på AMBER, i samarbete med Louise Bradley, Professor i Trinity's School of Physics, och utförs i CRANN, Trinity Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices. En industriell samarbetspartner och ledare inom gasavkänning, Dr Radislav Potyrailo från GE Research, Niskayuna New York, har också varit med hela tiden.

Teamets resultat har just publicerats som en del av en specialutgåva som visar professor Floreas arbete som en framväxande utredare i Journal of Materials Chemistry C .

Huvudförfattare till tidningsartikeln, Dr Colm Delaney, från Trinity's School of Chemistry and Research Fellow på AMBER, sa:

"För mer än 300 år sedan, Robert Hooke undersökte först de livfulla färgerna på en påfågelvinga. Först århundraden senare upptäckte forskare att den brusande färgen inte orsakades av traditionella pigment utan av ljusets interaktion med små föremål på fjädern, föremål som bara var några miljondels meter stora.

"Vi har tagit denna biologiska design, sett hela vägen från en skata till en kameleont, att göra några riktigt spännande material. Vi uppnår detta genom att använda en teknik som kallas Direct laser-writing (DLW), vilket gör att vi kan fokusera en laser till en extremt liten fläck, och sedan använda den för att göra små strukturer i tre dimensioner från de mjuka polymererna som vi utvecklar i laboratoriet. "

Samarbetspartner om projektet, Professor i fotonik vid Trinity, Louise Bradley, en finansierad utredare på AMBER, Lagt till:

"Den forskning vi utför mellan de två grupperna fokuserar på design, modellering, och tillverkning av dessa små strukturer i stimuli-mottagliga material. Jing Qian, en fantastisk doktorand student i mitt labb har ägnat mycket tid åt att utveckla mönster, och förutsäger olika strukturs svar, som vi kan få svar på ljus, värme, och fuktighet för att skapa system som verkligen kan återskapa livligheten, smygande svar, och kamoufleringsförmåga som finns i naturen. De små mottagliga matriserna, som är mindre än en fräkna, kan användas för att berätta enormt mycket om kemin i deras miljö. "

Varför är de små, användbara färgade sensorer? Medan traditionella fysiska sensorer har stärkt en uppkopplad marknad, det finns en eftersläpning i låg kostnad, anpassningsbara plattformar för kemisk avkänning som kan användas.

Fotoniska sensorer har gjort betydande inhopp i att ge exakta och robusta alternativ, med minimal strömförbrukning, låga driftskostnader och hög känslighet. Detta är ett område som Dr Potyrailo och GE Research har arbetat med att kommersialisera i många år.

Professor Larisa Florea, från Trinity's School of Chemistry och AMBER, sa:

"Vi har skapat responsiva, tryckt, mikroskopiska optiska strukturer som kan övervakas i realtid, och används för detektering av gaser. Möjligheten att skriva ut ett sådant optiskt mottagligt material har stor potential för att de kan införlivas i anslutna, billiga sensorer för hem, eller till bärbara enheter för övervakning av analytter.

"Vi tillbringar större delen av våra liv i våra hem, bilar, eller arbetsmiljöer. Modeller tyder på att koncentrationen av föroreningar kan vara allt från 5-100 gånger koncentrationen som finns utanför. Detta är en häpnadsväckande tanke när vi tänker på att Världshälsoorganisationen föreslår att 90% av världens befolkning bor i områden som överskrider acceptabla gränsvärden för luftstandard. Dessa föroreningar kan påverkas av omgivande luft, kemisk närvaro, dofter, mat kvalité, och mänsklig aktivitet och har en djupgående effekt på vår hälsa.

"Hittills, gassensorer inomhus har fokuserat nästan enbart på läckage, rök, och koldioxiddetektering. Även iterativa framsteg, att inkludera relativ luftfuktighet, syrehalter, koldioxid, flyktiga organiska kol (VOC), och ammoniak i realtid kan spela en enorm roll i utvecklingen av ett inhemskt miljöövervakningsekosystem. Detta kan säkerställa att hälso- och välbefinnandeövervakning blir central för framtiden för hembyggnad och automatisering. "