Obrázek: Bezdek Group / ETH Curych
Kyslík hraje klíčovou roli jak v životě, tak v různých chemických procesech, takže jeho přesné měření je nezbytné v mnoha průmyslových a lékařských aplikacích. Nedávný pokrok v této oblasti vychází z výzkumného úsilí na ETH Zurich, kde tým vedený profesorem Máté Bezdekem vyvinul nový, světlem aktivovaný vysoce výkonný kyslíkový senzor. Tento senzor byl navržen pro efektivní provoz v monitorování životního prostředí, což je odvětví, které se stále více spoléhá na přesné měření kyslíku.
Ve studii publikované v časopise Advanced Science Bezdek a jeho kolegové představují senzor schopný přesně detekovat kyslík ve složitých směsích plynů a zároveň si zachovat vlastnosti nezbytné pro nasazení v terénu. Podle Bezdeka „na rozdíl od jiných plynů kyslík brání tomuto přenosu náboje v aktivovaném senzoru, což mění jeho odpor,“ což ilustruje inovativní mechanismus použitý v reakci senzoru. Toho je dosaženo pomocí fotosenzibilizátoru, který po vystavení zelenému světlu usnadňuje přenos elektronů na kompozitní materiál vyrobený z oxidu titaničitého a uhlíkových nanotrubic, čímž aktivuje materiál pro zvýšenou citlivost na kyslík.
Jednou z hlavních výzev stávajících technologií měření kyslíku byla jejich velikost, spotřeba energie a cena, které je často činí nepraktickými pro mobilní aplikace nebo nepřetržité venkovní použití. Nový senzor tyto problémy řeší a pyšní se citlivostí, která mu umožňuje detekovat kyslík mezi miliony plynných částic a zároveň zůstat odolný vůči vlhkosti a dalším rušivým plynům. Lionel Wettstein, doktorand a hlavní autor studie, poznamenává, že konvenční metody obvykle obětují vysokou citlivost ve prospěch jiných výkonnostních kritérií, která se tato nová technologie snaží efektivně vyvážit.
Bezdekův tým aktivně hledá průmyslová partnerství pro rozvoj své patentované senzorové technologie. Odhadovaný roční objem trhu s odolnými a spolehlivými senzory, které měří kyslík ve směsích plynů, se pohybuje přibližně na 1.4 miliardy amerických dolarů. Vědci dále zkoumají potenciál svého senzorového materiálu pro detekci dalších environmentálně významných plynů, zejména znečišťujících látek na bázi dusíku, o nichž je známo, že přispívají k nadměrnému hnojení a následnému znečištění v zemědělství. Bezdek zdůrazňuje potřebu „senzorů, které umožňují přesné hnojení polí“, aby se zmírnila ekologická stopa zemědělství.
Senzor výzkumného týmu se opírá o modulární konstrukci, která umožňuje další úpravy. Změnou chemického složení materiálu senzoru doufá skupina, že rozšíří jeho schopnosti tak, aby zahrnovaly různé cílové molekuly v environmentálním prostoru.
Díky praktickým aplikacím od analýzy výfukových plynů vozidel až po monitorování ekosystémů – jako jsou jezera, řeky a půda – by zavedení tohoto senzoru mohlo poskytnout účinné nástroje pro hodnocení stavu životního prostředí v reálném čase. Wettstein zdůrazňuje, že „obsah kyslíku v těchto ekosystémech je důležitým ukazatelem ekologického zdraví“, což signalizuje potenciální význam senzoru v úsilí o ochranu životního prostředí.
Tento rozsáhlý výzkum naznačuje slibný krok vpřed v oblasti detekce kyslíku s důsledky, které by mohly prohloubit naše chápání environmentálního zdraví a podpořit udržitelný technologický pokrok.
