För att förhindra terrorattacker på flygplatser, det skulle vara till hjälp att upptäcka extremt låga koncentrationer av sprängämnen enkelt och pålitligt. Trots utvecklingen av olika sensortekniker, hundar fortsätter att vara de mest effektiva detektorerna. I journalen Angewandte Chemie , ett tyskt och franskt team har nu beskrivit en typ av mikromekaniska sensorer med en struktur som härrör från fjärilarnas känselorgan.
Ett tillvägagångssätt som används för sensorer är baserat på mikrocantilevers. Dessa är små flexibla cantilevers som de som används för att skanna ytor med atomkraftsmikroskop. När de används i "kemiska näsor" är mikrocantiliverna belagda med ett material som specifikt binder till de analyser som detekteras. Cantilevers kan vibrera som fjädrar. När analytmolekyler är bundna till en mikrocantilever, dess massa förändras tillsammans med dess vibrationsfrekvens. Denna förändring kan mätas.
På grund av deras mycket låga ångtryck vid rumstemperatur, de mycket känsliga, tillförlitlig upptäckt av sprängämnen är fortfarande en stor utmaning. För att göra mikrocantilevers mer känsliga för den explosiva trinitrotoluen (TNT), forskargrupper som leds av Denis Spitzer vid fransk-tyska forskningsinstitutet i Saint Louis och Valérie Keller vid Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyze i Strasbourg har nu hämtat inspiration från det mycket känsliga sinnesorganet hos vissa typer av fjärilar. Manliga sidenmalar använder detta organ för att känna igen feromonmolekyler som utsöndras av honor när de landar på dess breda antenner. Dessa antenner är täckta med sensilla, som är porösa hårstrån som innehåller kemonsensande neuroner.
Forskarna utrustade sina mikrocantilevers som fjärilsantennerna. De täckte dem med ett tätt tredimensionellt ordnat lager av titandioxid nanorör orienterade vertikalt, som fjärilsensillan. Detta har flera fördelar:den specifika ytan på mikroantilverserna ökar avsevärt; titandioxid binder väl till ämnen som innehåller nitrogrupper, som är karakteristiska för TNT och andra sprängämnen; också, rören har en öppen struktur, vilket förbättrar massrörelsen och säkerställer ett snabbt sensorrespons.
Rören är cirka 1700 nm långa och har en ytterdiameter på cirka 100 nm och en väggtjocklek på 20 nm. Varje cantilever rymmer cirka 500, 000 av dessa nanorör.
För teständamål, forskarna förångade TNA genom att värma upp en liten kristall. Sensorn kunde detektera koncentrationer på mindre än en del per biljon (ppt) inom 3 minuter. Forskarna arbetar nu med att bygga ett selektivt detektorsystem för sprängämnen eller andra gaser baserat på denna metod.
