Nieuws

Nieuwe nanosensoren voor het opsporen van TNT

Een nieuwe type sensor zou op termijn de snuffelhond wel eens kunnen vervangen bij het opsporen van explosieven zoals TNT.

Wetenschappers van onder meer de TU Delft en de Universiteit Twente publiceren hier deze week over in het wetenschappelijke tijdschrift Nano Letters van de American Chemical Society.

‘We hebben voor het eerst moleculen met een lantaarnvormige kooistructuur toegepast voor de fabricage van gevoelige nanosensoren die explosieve stoffen als TNT kunnen detecteren’, zegt onderzoeker Louis de Smet (verbonden aan de TU Delft en Wageningen Universiteit).

‘Deze kooistructuren hebben een inhoud van ongeveer 1 kubieke nanometer, waarin als een maatpak precies één TNT-molecuul past.’ Onderzoekers van de TU Delft, Universiteit Twente, Philips Research, de City University of Hong Kong en de University of Melbourne hebben een ultradun laagje van deze speciaal ontworpen kooitjes chemisch vastgezet op het oppervlak van een sensorchip die daarmee enkele tientallen gevoelige nanosensoren bevat. Eén kooitje is niet genoeg voor detectie. 

Poreus

‘Poreuze moleculen worden wel vaker gebruikt voor het afvangen van moleculen uit de omgeving’, zegt De Smet. ‘Bij relatief kleine moleculen zoals bij explosieven is de uitdaging te zorgen dat de kooistructuur niet alleen de goede grootte heeft, maar ook de goede ‘ankerpunten’ zodat het molecuul op zijn plek klikt – en daardoor te detecteren is. In dit werk gebruiken we daarom laagjes bestaande uit zogenaamde MOP-moleculen (Metal-Organic Polyhedra). Door te variëren met een groot aantal geometrische en elektronische eigenschappen van deze complexe kooimoleculen, weten we de gezochte ‘explosieve’ moleculen te vangen. En de aanwezigheid van zo’n molecuul zorgt er tevens voor dat de elektrische geleiding van onderliggende silicium nanodraadjes op een heel karakteristieke manier verandert. Dit kunnen we meten en daarmee vaststellen dat we daadwerkelijk TNT moleculen uit een explosief hebben gevonden.’  

Snuffelhond

‘Op termijn zouden we dergelijke sensoren wellicht kunnen gebruiken bij de opsporing van explosieven, bijvoorbeeld in oorlogen of met het oog op terroristische dreigingen’, zegt De Smet. ‘Nu gebeurt dat vooral nog met hele andere, kwalitatieve methodes zoals chemische reacties waarbij een kleurverandering optreedt, of door snuffelhonden in te zetten. Het mooie van onze methode is dat je niet alleen kunt detecteren dat er sporen van TNT zijn, maar ook hoeveel.’ 

Promovenda Cao (TU Delft) and dr. Zhu (Universiteit Twente) hebben dit werk geïnitieerd en de experimenten uitgevoerd, terwijl dr. Shang het modelleerwerk heeft uitgevoerd. Het project werd begeleid door dr. Klootwijk, prof. Sudhölter, prof. Huskens en dr. De Smet.

Het onderzoek in Nano Letters werd mede mogelijk gemaakt door onder andere NanoNextNL en NWO: Metal−Organic Polyhedra-Coated Si Nanowires for the Sensitive Detection of Trace Explosives. Anping Cao, Wei Zhu, Jin Shang, Johan Klootwijk, Ernst Sudhölter, Jurriaan Huskens, Louis de Smet, Nano Letters, 2016. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02360

Joost Bruysters
Persvoorlichter (aanwezig ma-do)