Nyt materiale kan forbedre sikkerheden for førstehjælpere over for kemiske farer

En ny slags sensor kan advare nødhjælpsarbejdere, når kulfiltre i de åndedrætsværn, de bærer for at undgå at indånde giftige dampe, er blevet farligt mættede.

I et nyligt nummer af tidsskriftet Avancerede materialer , et team af forskere fra University of California, San Diego og Tyco Electronics beskriver, hvordan de lavede kulstofnanostrukturerne og demonstrerer deres potentielle brug som mikrosensorer for flygtige organiske forbindelser.

Første respondenter beskytter sig mod sådanne dampe, hvis sammensætning ofte er ukendt, ved at trække vejret gennem en beholder fyldt med aktivt kul – en gasmaske.
Luftbårne toksiner klæber til kulstoffet i filteret, at fange de farlige materialer.

Efterhånden som filtrene bliver mættede, kemikalier vil begynde at passere igennem. Åndedrætsværnet kan så gøre mere skade end gavn ved at give en illusion af sikkerhed. Men der er ingen nem måde at afgøre, hvornår filteret er brugt. Nuværende sikkerhedsprotokoller baserer timingen af ​​filterændringer på, hvor længe brugeren har båret masken.

"De nye sensorer ville give en mere præcis aflæsning af, hvor meget materiale kulstoffet i filtrene faktisk har absorberet, " sagde teamleder Michael Sailor, professor i kemi og biokemi og bioteknik ved UC San Diego. "Fordi disse kulstof nanofibre har de samme kemiske egenskaber som det aktive kul, der bruges i åndedrætsværn, de har en lignende evne til at absorbere organiske forurenende stoffer."

Sailors team samlede nanofibrene til gentagne strukturer kaldet fotoniske krystaller, der reflekterer specifikke bølgelængder, eller farver, af lys. Morpho sommerfuglens vingeskæl, som giver insektet dets strålende iriserende farve, er naturlige eksempler på denne form for struktur.

Sensorerne er også en iriserende farve, frem for sort som almindelig kulstof. Denne farve ændres, når fibrene absorberer toksiner - en synlig indikation af deres evne til at absorbere yderligere kemikalier.

Agenturet, der certificerer åndedrætsværn i USA, National Institute of Occupational Safety and Health, har længe søgt en sådan sensor, men designkravene til en lille, følsom, billig enhed, der kræver lidt strøm, har vist sig svære at møde.

Materialerne, som holdet fremstillede, er meget tynde - mindre end halvdelen af ​​bredden af ​​et menneskehår. Sailor's group har tidligere placeret lignende fotoniske sensorer på spidsen af ​​optiske fibre mindre end en millimeter på tværs og vist, at de kan indsættes i respiratorpatroner. Og krystallerne er følsomme nok til at detektere kemikalier som toluen i koncentrationer så lave som en del per million.