Innovatieve gassensor van KU Leuven detecteert met flitstechnologie

Een doorbraak in sensortechnologie komt vanuit KU Leuven, waar onderzoekers een uniek gassensor-platform hebben ontwikkeld dat gassen niet alleen detecteert, maar ook hun snelheid meet als een moleculaire flitspaal. Dit nieuwe systeem, dat recentelijk werd gepubliceerd in het gerenommeerde vakblad Nature Communications, biedt oplossingen voor tal van toepassingen, van ademanalyses tot het opsporen van explosieven. De technologie maakt gebruik van speciale nanomaterialen om zelfs in complexe omstandigheden betrouwbare metingen te doen, iets waar traditionele sensoren vaak moeite mee hebben.

Unieke werking van het gassensor-platform

De kern van deze innovatie ligt in het gebruik van metaal-organische roosters, ook wel MOF’s genoemd, die bestaan uit een netwerk van nanoporiën met een uniforme grootte. Deze poriën fungeren als een soort controlepunt voor gasmoleculen. Bij een licht verhoogde temperatuur bewegen moleculen door deze poriën, elk met een eigen snelheid die afhangt van hun structuur. Die snelheid dient als een unieke identificatie, waardoor het gassensor-platform verschillende gassen kan onderscheiden, zelfs als ze in lage concentraties aanwezig zijn of gemengd met andere stoffen zoals waterdamp.

Traditionele sensoren meten vaak alleen hoeveel moleculen zich hechten aan een oppervlak. Dat levert problemen op in omgevingen met veel vluchtige organische stoffen. Het nieuwe systeem kijkt echter naar de kinetische selectiviteit, oftewel de snelheid van de moleculen. Dit maakt het veel preciezer, zelfs in vochtige of complexe situaties.

Flexibiliteit van het gassensor-platform centraal

Wat dit systeem zo bijzonder maakt, is de aanpasbaarheid. Door de samenstelling van de MOF’s te wijzigen, kan het gassensor-platform worden afgestemd op specifieke gassen zonder dat de basis van de technologie verandert. Dit modulaire ontwerp zorgt ervoor dat het compact en energiezuinig blijft. Het presteert zelfs beter dan veel commerciële elektronische neuzen, vooral in uitdagende omstandigheden.

Margot Verstreken, bio-ingenieur en onderzoeker bij de Ameloot-onderzoeksgroep van KU Leuven, legt uit dat het systeem werkt als een snelheidscontrole voor moleculen. De verschillen in snelheid bieden extra informatie. Dit onderscheidt het van oudere methoden. Haar team heeft hard gewerkt om dit concept te perfectioneren, en de resultaten zijn veelbelovend.

Toepassingen in diverse sectoren

De mogelijkheden van deze technologie zijn enorm breed. Het gassensor-platform kan worden ingezet voor medische doeleinden, zoals ademtests voor de vroege opsporing van diabetes. Ook in de industrie is het nuttig, bijvoorbeeld voor het detecteren van lekken in chemische installaties. Daarnaast kan het defecten in lithium-ion-batterijen signaleren of de luchtkwaliteit monitoren, zowel binnen als buiten.

Veiligheidsdiensten kunnen profiteren door explosieven of drugs sneller op te sporen. Zelfs in de voedingssector is er potentie, zoals het controleren van de versheid van groenten en fruit tijdens opslag. Door de juiste MOF’s te kiezen, past het systeem zich aan aan de specifieke behoefte van elke toepassing. Dit maakt het een veelzijdig hulpmiddel.

Erkenning voor baanbrekend onderzoek

Het werk van het KU Leuven-team heeft al veel aandacht gekregen. De studie, getiteld ‘Kinetic selectivity in metal-organic framework chemical sensors’, is te vinden in Nature Communications. Margot Verstreken won ook de Belgische editie van Falling Walls, een internationale wedstrijd voor wetenschapscommunicatie. In november vertegenwoordigt ze ons land op de finale in Berlijn, waar ze concurreert met talenten uit meer dan honderd landen.

Het onderzoek werd mogelijk gemaakt door financiering van Horizon Europe via het ERC-project KISSIES en door steun van het FWO. Deze erkenning toont aan hoe waardevol dit werk is. Het opent deuren naar nieuwe ontwikkelingen in sensortechnologie.

Vooruitzichten met het gassensor-platform

Met een lopende patentaanvraag op de sensorstructuur staat het team klaar om deze technologie verder te brengen. Het modulaire karakter biedt kansen voor samenwerking met verschillende industrieën. Of het nu gaat om gezondheidszorg of veiligheid, de toepassingen lijken eindeloos. Het systeem blijft zich ontwikkelen, en de toekomst ziet er rooskleurig uit voor deze innovatie van eigen bodem.