Basandosi sulle nanotecnologie, scienziati russi e tedeschi guidati dal ricercatore di Skoltech Fedor Fedorov hanno sviluppato una soluzione innovativa per rilevare tracce di gas nell'aria.

Data la crescente popolazione mondiale, l'umanità ha urgente bisogno di sensori di gas precisi e convenienti in grado di monitorare in modo affidabile lo stato dell'atmosfera. Il sensore di gas ideale sarebbe altamente sensibile e selettivo, permettendogli di rilevare anche le più leggere tracce di alcuni tipi di sostanze nell'aria. Sarebbe anche poco costoso da produrre ed efficiente dal punto di vista energetico.

Attualmente, la maggior parte dei sensori di gas è costituita da ossidi di metalli di transizione, materiali carboniosi (grafene, nanotubi di carbonio) e vari polimeri. Nonostante gli evidenti progressi nell'aumentare la sensibilità di tali sensori, la selettività inadeguata rimane un problema chiave. Per di più, c'è sempre bisogno di nuove tecnologie che siano compatibili con l'elettronica moderna. Scienziati di diverse università in Russia e Germania hanno collaborato per affrontare queste sfide.

Come risultato della loro ricerca, hanno sviluppato una soluzione nanotecnologica per creare un sensore altamente sensibile e selettivo. Questi nuovi sensori sono costituiti da array di nanotubi fatti di biossido di titanio. Hanno scelto il biossido di titanio perché presenta buone proprietà chemiresistive; il suo livello di resistenza varia con la comparsa di vapori di gas nell'atmosfera.

Il dispositivo è in grado di identificare i tipi di sostanza dividendo un dato materiale in segmenti ed elaborando il segnale vettoriale ottenuto utilizzando tecniche di riconoscimento di pattern. Ciò gli consente di creare una sorta di impronta digitale per ogni tipo di gas che rileva. Oltre al suo impatto ambientale, questo dispositivo potrebbe rivelarsi efficace nell'aiutare i medici a diagnosticare le malattie. Quando le persone hanno determinate malattie come il diabete o il cancro, il loro respiro contiene quantità anormalmente elevate di gas organici, in particolare l'acetone. Il sensore di gas sarebbe in grado di rilevare queste anomalie nei pazienti.

La tecnologia è economica e scalabile per l'elettronica moderna. La tecnologia prevede metodi di chimica dolce per fabbricare l'array nanotubulare, che viene poi trasferito sul chip per fungere da strato sensibile. "Durante i nostri studi di laboratorio, siamo stati in grado di testare la risposta del nostro sistema all'acetone, isopropanolo ed etanolo. Gli ultimi due gas sono molto simili tra loro. Siamo stati in grado di rilevare questi gas e di distinguerli l'uno dall'altro. Per fare questo, abbiamo addestrato il nostro sistema a identificare l'aspetto di un gas tramite la sua 'impronta digitale, '", ha detto Fedorov. I risultati dello studio sono stati pubblicati in Rapporti scientifici .