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Ein hochempfindlicher Sprengstoffdetektor
Ein Nanodrahtsensor von Forschern der Universität Tel Aviv kann in wenigen Sekunden kleinste Spuren von häufig verwendeten Sprengstoffen in Flüssigkeit oder Luft erkennen. Das Gerät ist tausendmal empfindlicher als der aktuelle Goldstandard in der Sprengstoffdetektion: der Spürhund.
Bombendetektor: Chemisch behandelte Silizium-Nanodrähte im Zentrum dieses Glaschips ändern die Leitfähigkeit, wenn sie winzigen Sprengstoffspuren in Luft oder Flüssigkeiten ausgesetzt sind.
Der Sensor könnte kostengünstig hergestellt und in ein Handgerät eingebaut werden, um vergrabene Landminen oder versteckte Sprengstoffe an Sicherheitskontrollen zu erkennen, so Fernando Patolsky , ein Chemieprofessor, der die Arbeit leitete, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Angewandte Chemie letzte Woche. Auf Basis der Technologie entwickeln die Forscher ein tragbares Instrument. Ihr erster Prototyp ist etwa so groß wie ein Ziegelstein. Wir könnten die Sensoren überall in einem Flughafen platzieren, in jeder Ecke eines Einkaufszentrums, sagt Patolsky.
In der Vergangenheit wurden ausgebildete Hunde verwendet, um Bomben und Landminen zu erschnüffeln, weil sie Sprengstoff in Konzentrationen von nur wenigen Teilen pro Milliarde riechen können. Aber es kostet Zehntausende von Dollar, einen Spürhund auszubilden und zu warten, daher versprechen tragbare Detektoren eine billigere und tragbarere Lösung.
Das Nanodraht-Array ist nicht das erste Gerät, das bei Hunden eine Explosiv-Schnüffelempfindlichkeit erreicht. Ein System entwickelt von ICx-Technologien , mit Sitz in Arlington, Virginia, kann von Sprengstoffen abgegebene Dämpfe mit einer Empfindlichkeit erkennen, die der einer Hundenase entspricht. Anstelle von Nanodrähten verwendet das ICx-System Polymere, die als Reaktion auf Spuren von Sprengstoff in einem Dampf innerhalb weniger Sekunden glühen oder aufhören zu glühen. Dieses Gerät wird auf Schlachtfeldern im Irak und in Afghanistan eingesetzt, und die US-Transportsicherheitsbehörde hat vor kurzem damit begonnen, es auf Flughäfen einzusetzen, aber die meisten Flughäfen verlassen sich immer noch auf Instrumente in Mikrowellenofengröße, die Minuten statt Sekunden brauchen, um Sprengstoffe in entnommenen Tupfern zu erkennen vom Gepäck oder der Haut der Passagiere.
Das neue Gerät der Universität Tel Aviv ist tausendmal empfindlicher als alle vorhandenen Detektoren, einschließlich des ICx-Geräts. Die Forscher haben damit TNT und die Plastiksprengstoffe RDX und PETN in Konzentrationen von weniger als einem Teil pro Billion in wenigen Sekunden nachgewiesen.
Das Gerät besteht aus einem Chip, der eine Reihe von Silizium-Nanodrähten enthält, die mit einer organischen Aminverbindung beschichtet sind, die sich an den Sprengstoff bindet und die Leitfähigkeit der Drähte ändert. Patolsky sagt, der Trick bestehe darin, Nanodrähte an gewünschten Stellen und entlang einer definierten Richtung auf dem Chip wachsen zu lassen. Sobald das Array gewachsen ist, beschichten die Forscher die Nanodrähte und scheiden die Elektroden ab. In Labortests wurde der Chip flüssigen sprengstoffhaltigen Lösungen sowie mit Luft vermischten TNT-Dämpfen ausgesetzt. Die Forscher arbeiten daran, den Chip mit Mikrofluidikpumpen und Elektronik zu verpacken, um einen tragbaren Detektor mit geringem Stromverbrauch herzustellen.
Aimee Rose, Forscherin bei ICx Technologies, sagt, dass die Verwendung von Nanodraht-Arrays für die Sensorik sehr vielversprechend ist, da die Methode so empfindlich ist, dass potenzielle Entwickler viele Sensoren auf kleinem Raum unterbringen können, aber die Methode muss sich in der Praxis beweisen. Weltdampfproben.
MIT chemistry professor Timothy Swager stimmt zu und weist darauf hin, dass das Array derzeit nur dann überzeugend funktioniert, wenn Explosivstoffe in einer Lösung erkannt werden. Es sei weniger effektiv, Sprengstoffdämpfe von der Haut oder dem Eigentum einer Person zu erkennen, sagt er und merkt an, dass das Array am besten funktioniert, wenn TNT-Dampf enthaltende Luftproben direkt auf die Nanodrähte geblasen werden.
Chemieprofessor an der Harvard University Charles Lieber sagt, dass der Nanodrahtsensor-Ansatz viel empfindlicher ist als die ICx-Polymertechnologie, die in Swagers Labor entwickelt wurde, aber noch nicht so bewiesen wurde wie die ICx-Technologie. Lieber, der sich auf biomedizinische Anwendungen von Nanodraht-Transistoren konzentriert, sagt, die israelische Forschung zeige, dass die Nanodraht-Sensorik zur Sprengstoffdetektion eingesetzt und leicht kommerzialisiert werden könnte. Aus meiner Sicht sind der Methodik keine Grenzen gesetzt… sie hat das Potenzial, die Sprengstoffdetektion zu revolutionieren.
Patolsky und Kollegen stellen jetzt größere Nanodraht-Arrays her, die mit verschiedenen Molekülen beschichtet sind, um andere Arten von Sprengstoffen zu erkennen.