Nach dem Vorbild der Fitness-Tracker wurde die Entwicklung persönlicher Umgebungsmonitore forciert - eine neue Generation tragbarer Technologien, die Daten über in der Luft befindliche Toxine sammeln und an Benutzer weitergeben. Eine Gruppe von Forschern der RMIT University in Australien hat einen bedeutenden Schritt in diese Richtung getan und dünne, flexible Sensoren entwickelt, die auf Ihrer Haut oder in Ihrer Kleidung angebracht werden können, um die Exposition gegenüber gefährlichen Gasen und UV-Strahlen zu verfolgen.
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„Wir wollten ein Gerät entwickeln, mit dem Gefahren erkannt werden können, die von unseren Sinnen im Allgemeinen nicht erkannt werden“, sagt Philipp Gutruf, der Hauptautor einer kürzlich veröffentlichten Studie. "Diese Gefahren sind oft nicht wirklich schwerwiegend, wenn sie früh genug erkannt werden. Sie werden jedoch sehr gefährlich, wenn Sie zu lange der Gefahr ausgesetzt sind."
Der Trick bestand darin, eine dehnbare Elektronik herzustellen, die sich biegen konnte, ohne zu brechen. Gutruf und sein Team beschäftigten sich zunächst mit Materialwissenschaften und arbeiteten dann an der Integration der Umweltsensoren. Sie druckten Halbleiter auf superdünne Filme aus billigem, leicht verfügbarem elastomeren Polydimethylsiloxan, einer Art Silikon, mit dem sie in früheren Studien gearbeitet hatten. Dann stapelten sie diese Filme in Schichten, so dass das Ganze nicht zerbrach, wenn eine einzelne Schicht zerbrach.
„Mit der Mikrotektonik können wir spröde Materialien dehnen und biegen“, sagt Gutruf. „Dieser neuartige Effekt beruht auf überlappenden dünnen Filmen in einem Mode sehr ähnlich zu tektonischen Platten, die die Erdkruste bilden. Mit dieser Technologie können wir die wichtigsten Bestandteile für die Elektronik auf eine dehnbare Plattform bringen. “
Sobald sie das Material bestimmt hatten, untersuchten die Forscher, wie sie mit den Filmen gefährliche Gase wie Wasserstoff und Stickstoffdioxid erkennen und auf schädliche UV-Strahlen reagieren können. Sie fügten dünne Schichten reaktiver Oxide in das Silikon ein, so dass die Sensoren die Gase registrieren konnten, aber dennoch flexibel und dehnbar genug waren, um sie in ein Kleidungsstück oder ein Pflaster einzufügen, das auf der Haut haftet.
So beschichteten die Forscher die UV-Sensoren mit Zinkoxid, dem Wirkstoff in Sonnenschutzmitteln. Unter Lichteinwirkung lud das Zinkoxid die Sensoren auf. „Die UV-Sensoren absorbieren die UV-Strahlung, z. B. Sonnenstrahlen, wodurch das Gerät leitfähiger wird“, sagt Gutruf.
Die Gassensoren arbeiten ähnlich. Sie sind auf bestimmte Gase ausgelegt und tragen eine Ladung, wenn sie einem hohen Anteil eines bestimmten Gases ausgesetzt sind, beispielsweise Stickstoffdioxid. "Die Leitfähigkeit steigt oder sinkt je nach Art des Gases, das in der umgebenden Atmosphäre vorhanden ist", sagt er.
Zukünftig könnten die dehnbaren Pflaster zur Vorbeugung von Sonnenbränden oder zur Vorhersage von Asthmaanfällen verwendet werden. Sie können jedoch auch lebensrettend sein, beispielsweise in Bergwerken oder Kohlekraftwerken, in denen ein hoher Anteil an Gasen giftig sein kann. Die EPA experimentiert mit ähnlicher Technologie. Nanosensoren werden Teil der Minensanierungsprojekte und anderer Aufräumarbeiten der Agentur, da sie kostengünstig, schnell und an vielen Orten implementiert werden können.
"In den letzten Jahren hat sich die Nanotechnologie in den Vordergrund gestellt, und die neuen Eigenschaften und verbesserten Reaktivitäten von Nanomaterialien bieten möglicherweise ein neues, kostengünstiges Paradigma für die Lösung komplexer Umwelt- und Ingenieurprobleme", so Madeleine Nawar, Projektleiterin bei der Abteilung Strahlenschutz der EPA sagte in einem Bericht.
Bisher wurden Gutrufs Sensoren nur im Labor getestet. Er vermutet, dass es noch vier Jahre dauern wird, bis die Sensoren im Handel erhältlich sind, aber die Möglichkeiten, mit ihnen Umweltschadstoffe zu verfolgen, sind endlos.
„Im Prinzip können fast alle bekannten Substanzen irgendwie nachgewiesen werden“, sagt er.
