Obwohl viele Maßnahmen ergriffen wurden, um eine Kontamination zu verhindern, können Schadstoffe wie Quecksilber und Blei immer noch in die Umwelt gelangen. Ihre Wahrnehmung erfordert oft komplizierte Prozesse, aber was wäre, wenn Sie sie mit einem Fingertipp erkennen könnten? Forscher melden sich ACS-Nano haben einen energieautarken Nanosensor entwickelt, der kleine Mengen an Quecksilberionen entdecken und das Ergebnis sofort melden kann.
Quecksilber in seiner Hg2+-Form kann schädlich sein, wenn es durch kontaminiertes Wasser oder Lebensmittel aufgenommen wird, daher haben Forscher verschiedene Quecksilbersensoren entwickelt. Einer davon wurde zur Vor-Ort-Überwachung in einen Handschuh integriert, konnte das Ion jedoch nicht in geringen Mengen nachweisen und erforderte eine ständige externe Stromversorgung.
Stattdessen richtet sich die Aufmerksamkeit jetzt auf Systeme mit eigener Stromversorgung, wie sie beispielsweise durch den triboelektrischen Effekt – eine Form statischer Elektrizität – angetrieben werden. Diese erzeugte Elektrizität hält nicht nur das Gerät am Laufen, sondern ihre Spannung kann auch verwendet werden, um das Vorhandensein eines bestimmten Analyten zu signalisieren. Diese Geräte sind als triboelektrische Nanosensoren (TENS) bekannt. Daher wollten Zong-Hong Lin und seine Kollegen ein TENS entwickeln, das kleine Mengen an Quecksilberionen durch einfaches Berühren einer Probe genau nachweisen kann.
Zur Herstellung ihres TENS verwendete das Team eine Reihe von quecksilberempfindlichen Tellur-Nanodrähten. Dies machte ihren Sensor hochselektiv, sodass er sein Ziel selbst in komplizierten Proben ausfindig machen konnte. Die Forscher befestigten das TENS an den Fingerspitzen einer Roboterhand und berührten es wiederholt mit einer Probenlösung. Die Spannungsänderung wurde drahtlos in Echtzeit an ein Smartphone übertragen, entsprechend dem Vorhandensein oder Fehlen von Quecksilberionen.
Der Robotersensor detektierte auch erfolgreich Ionen sowohl in natürlichem Wasser als auch in Leitungswasser mit der gleichen „Tapping“-Methode. Es entdeckte sie auch in Lebensmitteln, darunter eine Garnele und ein Apfel, nachdem sie mit dem Schadstoff versetzt worden waren. Die Forscher sagen, dass ihr TENS als Grundlage für ähnliche Geräte dienen könnte, um andere Schadstoffe aus der Ferne und sicher zu überwachen.
Mehr Informationen:
Snigdha Roy Barman et al, Triboelektrischer Nanosensor integriert mit Roboterplattform zur autarken Detektion chemischer Analyten, ACS-Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.2c10770