تولید حسگر فوق‌رسانای نیتریت سدیم از چوب‌پنبه با پرتو لیزر

اهمیت ردیابی نیتریت سدیم

نیتریت سدیم، که معمولاً برای نگهداری فرآورده‌های گوشتی و تثبیت رنگ صورتی آن‌ها استفاده می‌شود، نباید در نوشیدنی‌ها وجود داشته باشد. تمرکز این پژوهش که به سرپرستی برونو کامپوس یانگیتز، مدیر آزمایشگاه حسگرها، نانودارو و مواد نانوساختار دانشگاه انجام شده، بر توسعه حسگرهای کارآمد در حوزه ایمنی مواد غذایی است.

بر اساس تحقیقات، نیتریت سدیم می‌تواند با آمین‌ها واکنش داده و نیتروزآمین‌ها را تولید کند؛ موادی که احتمال سرطان‌زایی آن‌ها برای انسان و حیوان بالا بوده و از منظر بهداشت عمومی بسیار نگران‌کننده‌اند. همین خطر، انگیزه طراحی یک روش ساده، سریع و در دسترس را برای تضمین سلامت نوشیدنی‌ها فراهم کرده است.

بنابراین، پایش مستمر و دقیق این ماده در محصولاتی نظیر آب معدنی و آب‌میوه یک ضرورت حیاتی محسوب می‌شود.

فرآیند ساخت: تبدیل چوب‌پنبه به گرافن

در این طرح بدیع، از پرتو لیزر با حرارت کنترل‌شده برای دگرگون‌سازی سطح چوب‌پنبه استفاده می‌شود تا آن را به ساختاری گرافنی با رسانایی بالا تبدیل کند. گرافن، به دلیل ویژگی‌هایی چون قدرت مکانیکی چشمگیر، انعطاف‌پذیری مناسب و قابلیت انتقال سریع الکترون، گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی است.

الگوهای باریک و ظریفی که لیزر بر سطح چوب‌پنبه ایجاد می‌کند، نقش مسیرهای الکتریکی را ایفا می‌کنند. این فرآیند ساخت، کاملاً پاکیزه، بدون استفاده از مواد شیمیایی مضر و دوستدار محیط‌زیست است.

مراحل آماده‌سازی حسگر

پس از ایجاد لایه گرافنی، مراحل زیر برای تکمیل حسگر انجام شد:

• پوشش سطح چوب‌پنبه با اسپری ضد آب برای جلوگیری از نفوذ مایعات.
• مشخص کردن محدوده فعال حسگر با نواری باریک از لاک ناخن.
• قرار دادن نمونه در اجاق با دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳۰ دقیقه برای افزایش پایداری ساختار کربنی.

عملکرد و دقت حسگر

این حسگر در آزمایش‌های انجام‌شده روی آب و آب پرتقال، واکنشی پایدار و قابل‌اعتماد از خود نشان داد. عملکرد حسگر بر پایه اکسایش الکتروشیمیایی نیتریت است؛ فرآیندی که با از دست دادن الکترون همراه است و افزایش جریان الکتریکی را در پی دارد. به عبارت دیگر، هر چه جریان الکتریکی ثبت‌شده بیشتر باشد، احتمال وجود نیتریت بالاتر است.

داده‌های فنی کلیدی حسگر:

تغییرات مشاهده‌شده در دقت اندازه‌گیری به تفاوت‌های ذاتی ترکیبات موجود در نوشیدنی‌های مختلف بازمی‌گردد.

چشم‌انداز آینده و کاربردهای تجاری

نمونه اولیه این حسگر اکنون در مرحله اعتبارسنجی خارج از محیط آزمایشگاهی قرار دارد. تیم تحقیقاتی در حال بهبود الگوهای لیزری و لایه‌ محافظ هستند تا عملکرد حسگر در شرایط واقعی یکنواخت و پایدار باشد. همچنین، استفاده از یک محلول نمکی کوچک به‌عنوان الکترولیت به پایداری و تکرارپذیری اندازه‌گیری‌ها کمک می‌کند.

تیم تحقیقاتی تأکید کرده است که با افزودن یک خوانشگر دستی به این سامانه، کاربر می‌تواند تنها با قرار دادن یک قطره از نوشیدنی روی چوب‌پنبه آماده، نتیجه نهایی را روی یک نمایشگر کوچک مشاهده کند. این ویژگی برای خطوط تولید، مراکز بازرسی و حتی مصرف‌کنندگان نهایی ارزش فراوانی خواهد داشت.

برنامه‌های آتی پژوهشگران شامل بررسی عمر مفید حسگر، امکان شست‌وشو و استفاده مجدد، و ارزیابی تأثیر اسیدها و تانن‌های موجود در نوشیدنی‌ها بر خوانش نهایی است.