Les capteurs qui reniflent les produits chimiques dans l'air pour nous avertir de tout, des incendies au monoxyde de carbone en passant par les conducteurs ivres et les engins explosifs cachés dans les bagages se sont tellement améliorés qu'ils peuvent même détecter des maladies dans l'haleine d'une personne. Des chercheurs de l'Université Drexel et du Korea Advanced Institute of Science and Technology ont fait une découverte qui pourrait rendre nos meilleurs "nez chimiques" encore plus sensibles.

Dans la recherche, récemment publié dans la revue American Chemical Society ACS Nano , l'équipe décrit comment un Le matériau métallique appelé MXene peut être utilisé comme détecteur hautement sensible de produits chimiques gazeux. Le document suggère que MXene peut ramasser des produits chimiques, comme l'ammoniac et l'acétone, qui sont des indicateurs d'ulcères et de diabète, en traces beaucoup plus faibles que les capteurs actuellement utilisés dans le diagnostic médical.

« MXene est l'un des capteurs de gaz les plus sensibles jamais signalés. Cette recherche est importante car elle élargit la plage de détection des gaz courants nous permettant de détecter de très faibles concentrations que nous n'étions pas en mesure de détecter auparavant, " dit Yury Gogotsi, Doctorat., Distingué Université et professeur Bach au Drexel's College of Engineering, qui était l'un des principaux auteurs Drexel de l'étude. "La haute sensibilité de l'appareil peut être utilisée pour détecter des gaz toxiques ou des polluants présents dans notre environnement."

Groupe de recherche sur les nanomatériaux de Gogotsi, du Département de science et génie des matériaux de Drexel, fait équipe avec Hee-Tae Jung, Doctorat., professeur au KAIST à Daejeon, La Corée du Sud va explorer les propriétés de détection de gaz du carbure de titane MXene. La clé de ses excellentes capacités de détection des odeurs est que le MXene est à la fois hautement conducteur et subit un changement mesurable de conductivité électrique en présence du produit chimique qu'il est conçu pour détecter, et uniquement lorsque ce produit chimique particulier est présent.

Ce discernement est appelé rapport « signal/bruit » dans le monde des capteurs chimiques et il est utilisé pour classer la qualité des capteurs. L'objectif est de capter plus de signal et moins de bruit. Ceux qui sont utilisés aujourd'hui, principalement dans les milieux médicaux pour détecter des produits chimiques comme l'acétone, éthanol et propanol, ou dans des alcootests pour détecter l'alcool - avoir un rapport signal/bruit compris entre 3 et 10, celui de MXene est compris entre 170 et 350, selon le produit chimique.

"Si le matériau peut répondre aux gaz en donnant un signal fort, tout en étant conducteur et en réalisant un faible bruit électrique, le capteur peut détecter des gaz à très faibles concentrations car le rapport signal sur bruit est élevé - c'est clairement le cas avec MXene, " a déclaré Gogotsi. " MXene peut détecter des gaz dans les gammes 50-100 parties par milliard, qui est inférieure à la concentration nécessaire aux capteurs actuels pour détecter le diabète et un certain nombre d'autres problèmes de santé. »

Ce niveau de sensibilité pourrait être extrêmement important pour la détection de la maladie. En plus des ulcères et du diabète, l'analyse de l'haleine est actuellement en cours de développement pour le diagnostic précoce de plusieurs types de cancer, cirrhose, la sclérose en plaques et les maladies rénales. Si les indicateurs chimiques de ces maladies peuvent être détectés à des concentrations plus faibles, ils sont plus susceptibles d'être diagnostiqués et traités à des stades plus précoces.

L'avantage du MXene par rapport aux matériaux de capteur conventionnels réside dans sa structure poreuse et sa composition chimique. Le matériau permet à la fois de permettre aux molécules de gaz de se déplacer sur sa surface et de s'accrocher, ou adsorbant, certains qui y sont chimiquement attirés, montrant une bonne sélectivité.

L'équipe de Gogotsi explore MXenes depuis la découverte du matériau à Drexel en 2011. Le groupe a pu créer et étudier plus de deux douzaines de compositions chimiques différentes pour le matériau, ce qui signifie qu'ils pourraient être utilisés pour créer des capteurs pour une très grande variété de gaz.

À l'avenir, Gogotsi suggère, Les capteurs MXene pourraient jouer un rôle important dans la surveillance environnementale, récupération et stockage d'énergie, ainsi que les soins de santé.

"La prochaine étape pour faire avancer cette recherche sera de développer la sensibilité des capteurs à différents types de gaz et d'améliorer la sélectivité de détection entre les différents gaz, " a déclaré Gogotsi. " Nous pouvons également imaginer des capteurs personnels qui seront dans nos téléphones intelligents ou nos trackers de fitness, surveiller les fonctions corporelles et l'environnement pendant que nous travaillons, dormir ou faire de l'exercice, accessible d'une simple pression du doigt. L'amélioration de la sensibilité de détection avec de nouveaux matériaux est la première étape vers la réalisation de ces dispositifs."