تصویر روز ـ ایرنا به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پژوهشگران دانشگاه فدرال سائوکارلوس (Federal University of São Carlos – UFSC) در ایالت سائوپائولوی برزیل اخیرا طرحی بدیع ارائه کرده‌اند که در آن با پرتو لیزر، سطح چوب‌پنبه به گرافن القایی تبدیل می‌شود؛ ماده‌ای فوق‌رسانا و سبک که نقش پایه‌ حسگر را بر عهده می‌گیرد. این حسگر قادر است وجود مقدار اندکی از نیتریت سدیم، در حدود یک میلی‌گرم در هر لیتر، را ردیابی کند؛ مقداری که حتی از حدود مجاز استانداردهای آمریکا نیز کمتر است.

این پژوهش که به سرپرستی برونو کامپوس یانگیتز، مدیر آزمایشگاه حسگرها، نانودارو و مواد نانوساختار دانشگاه، انجام شده، بر توسعه‌ حسگرهای الکتروشیمیایی کم‌هزینه و کارآمد در حوزه ایمنی مواد غذایی تمرکز دارد.

به گفته او، نیتریت سدیم می‌تواند با آمین‌ها واکنش نشان دهد و نیتروزآمین‌ها را پدید آورد؛ موادی که احتمال سرطان‌زایی آن‌ها برای انسان و حیوان بالا بوده و از منظر بهداشت عمومی نگران‌کننده‌اند. او تأکید کرده است که همین خطر، انگیزه طراحی روشی ساده، سریع و در دسترس را برای تضمین سلامت نوشیدنی‌ها فراهم کرده است.

نیتریت سدیم معمولاً برای نگهداری فرآورده‌های گوشتی و تثبیت رنگ صورتی گوشت‌های فراوری‌شده استفاده می‌شود؛ اما در نوشیدنی‌ها نباید اثری از آن وجود داشته باشد. همین نکته ضرورت پایش مستمر و دقیق آن را در محصولاتی مانند آب معدنی و آب‌میوه بیش از پیش مهم می‌کند.

چگونه چوب‌پنبه به گرافن تبدیل شد؟

در این روش، لیزر با حرارت کنترل‌شده خود سطح چوب‌پنبه را دگرگون و آن را به ساختاری گرافنی با رسانایی بالا تبدیل می‌کند. گرافن به دلیل قدرت مکانیکی چشمگیر، انعطاف‌پذیری مناسب و قابلیت انتقال سریع الکترون، گزینه‌ای ایده‌آل برای حسگرهای الکتروشیمیایی به شمار می‌رود. الگوهای باریک و ظریفی که لیزر بر سطح چوب‌پنبه ایجاد می‌کند، نقش مسیرهای الکتریکی را بازی می‌کنند.

این فرایند پاکیزه، بدون استفاده از مواد شیمیایی مضر و دوستدار محیط‌زیست است. پس از ایجاد لایه گرافنی، پژوهشگران سطح چوب‌پنبه را با اسپری ضد آب پوشش دادند تا نفوذ مایعات به درون آن مانع کار حسگر نشود. سپس نواری باریک از لاک ناخن به‌عنوان محدوده فعال حسگر مشخص شد. در ادامه، نمونه برای افزایش پایداری ساختار کربنی به مدت ۳۰ دقیقه در دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد درون اجاق قرار گرفت.

این حسگر در آزمایش روی آب و آب پرتقال، واکنشی پایدار و قابل‌اعتماد نشان داد. محدوده خطی تشخیص آن بین ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ میکرومول در لیتر گزارش شده و حد تشخیص آن تنها ۴.۱۴ میکرومول در لیتر است. دقت اندازه‌گیری در نمونه‌های تقویت‌شده بین ۱۱۰.۸ تا ۸۶.۱ درصد متغیر بود؛ تغییری که به تفاوت‌های ذاتی ترکیبات نوشیدنی‌ها بازمی‌گردد.

این حسگر بر پایه اکسایش الکتروشیمیایی نیتریت عمل می‌کند؛ فرایندی که از دست‌دادن الکترون را به دنبال دارد و افزایش جریان الکتریکی را رقم می‌زند. هر چه جریان بیشتر باشد، احتمال وجود نیتریت بالاتر است.

اکنون نمونه اولیه در مرحله اعتبارسنجی خارج از محیط آزمایشگاهی است. پژوهشگران در تلاش‌اند الگوهای لیزری و لایه‌ محافظ را بهبود دهند تا حسگر در شرایط واقعی نیز عملکرد یکنواخت داشته باشد. به‌کارگیری یک محلول نمکی کوچک به‌عنوان الکترولیت کمک می‌کند تا اندازه‌گیری‌ها پایدار و قابل‌تکرار باشند.

به گفته تیم تحقیقاتی، اگر یک خوانشگر دستی به این سامانه افزوده شود، کاربر می‌تواند تنها با قرار دادن یک قطره از نوشیدنی روی چوب‌پنبه آماده، عدد نهایی را روی یک نمایشگر کوچک مشاهده کند. این ویژگی برای خطوط تولید، مراکز بازرسی و حتی مصرف‌کنندگان نهایی ارزش فراوانی دارد.

چشم‌انداز آینده شامل بررسی عمر مفید حسگر، امکان شست‌وشو و استفاده مجدد، و ارزیابی تأثیر اسیدها و تانن‌های موجود در نوشیدنی‌ها بر خوانش نهایی خواهد بود.