דמיינו לעצמכם בול דואר המסוגל ל”רחרח” ולאתר גזים רעילים או רעלנים קטלניים פשוט באמצעות שינויים בצבעו.
כפי שפורסם בחודש ספטמבר בכתב-העת המדעי Nature Chemistry, המדען Kenneth Suslick וצוות המחקר שלו באוניברסיטת אילינוי פיתחו אף מלאכותי לאיתור של חומרים תעשייתיים רעילים, התקן שהינו פשוט, מהיר וזול – ופועל ע”י דימוי חזותי של ריחות. מערך גילוי זה יוכל להיות יעיל באיתור רמות חשיפה גבוהות של חומרים הטמונים בהם סיכונים בריאותיים רציניים במקומות העבודה או במהלך תאונות בתעשייה.
“המתקן שלנו הוא בעצם הרחבה רב-מימדית דיגיטאלית של נייר לקמוס. יש לנו מערך נתונים של שש שורות על שש עמודות של צבענים ננו-נקבוביים שונים שמשנים את צבעם בהתאם לסביבה הכימית שלהם,” מסביר החוקר. “תבנית שינוי הצבע הינה כעין טביעת אצבע מולקולארית ייחודית עבור כל גז רעיל וריכוזו המדויק בדגימה. באמצעות השוואת התבנית לספריה ידועה של טביעות אצבע של הצבעים ניתן לאתר ולכמת את נוכחותו של חומר תעשייתי רעיל תוך שניות.”
לשם הכנת המערך, החוקרים הטביעו סדרה של נקודות צבועות – כל אחת מכילה צבען (פיגמנט) שונה – על מצע בלתי-פעיל כגון נייר, פלסטיק או זכוכית. לאחר מכן המערך נסרק בצורה ספרתית (דיגיטאלית) ע”י סורק שולחני רגיל או מצלמה דיגיטאלית לפני ואחרי החשיפה לחומר מפיק ה”ניחוח”. בנוסף, שלא כמו טכנולוגיות אחרות של אפים אלקטרוניים שנבדקו בעבר, חיישני-צבע אלו אינם רגישים לשינויים בלחות היחסית.
בעוד שלפיסיקאים ישנם תגי-גילוי לקרינה, המגנים עליהם במקום העבודה, לכימאים ועובדים אחרים העוסקים בכימיקלים (תעשיות הצבע והקוסמטיקה לדוגמא) אין מקבילה יעילה לניטור חשיפתם לכימיקלים רעילים.
“המחקר הנוכחי הינו חלק חיוני במיזם נרחב יותר, שמטרתו פיתוח טכנולוגיות חדישות לניטור והבנה טובה יותר של סיכונים בריאותיים כתוצאה מחשיפה לגזים באוויר,” מסביר אחד מהחוקרים. “מאמר זה מקדם אותנו צעד אחד קרוב יותר להכנת חיישן לביש זעיר המסוגל לאתר מספר רב של רעלים שונים הנישאים באוויר.”
לשם בדיקת ישימות מערך החישה הצבעוני שלהם, החוקרים בחרו בתשע-עשרה דוגמאות מייצגות של כימיקלים תעשייתיים רעילים, כגון: אמוניה, כלור, חומצה חנקתית וגופרית דו-חמצנית בריכוזים הידועים כמסכני חיים או בריאות מידיים.
בניסויים המעבדתיים נעשה שימוש בסורק שולחני לא יקר לשם הפעלת השיטה. החוקרים פיתחו התקן אב-טיפוס בעל תפקוד מלא, הנישא בכף היד, המשתמש בקרינה לבנה של דיודה פולטת אור זולה (LED) ומצלמה טיפוסית שהפכו את תהליך הסריקה כולו לרגיש, זעיר, מהיר וזול יותר. בעתיד, כך מקווים החוקרים, ההתקן יהיה דומה למכשיר סריקה של כרטיס. המתקן עובר כעת תהליכי רישוי ומסחור ע”י חברת iSense, הממוקמת בפאלו אלטו, קליפורניה, ארה”ב.
החוקרים מציינים כי שיטות קודמות התבססו על חיישנים אשר התגובה שלהם נבעה מיחסי-גומלין כימיים חלשים ובלתי-ספציפיים ביותר, בעוד שהשיטה הנוכחית מבוססת על יחסי-גומלין חזקים יותר מסוג צבען-מגיב המתקבלים מקבוצת כימיקלים נרחבת. יכולתו של חיישן זה לאתר מספר כה רב של רעלים נדיפים טמונה בטווח המוגבר של יחסי-הגומלין המשמשים לבידול התגובה של הגלאי. “אחד מהדברים הנחמדים בשיטה זו טמון בעובדה כי נעשה שימוש במרכיבים זמינים ביותר ושאינם יקרים,” מוסיף אחד מהחוקרים. “לאור היקף הכימיקלים הנרחב שניתן לאתר ורגישותו הרבה של ההתקן לחומרים אלו, נראה כי הוא יוכל להיות שימושי ביותר בסביבות העבודה השונות.”
