06.09.2021 - University of Notre Dame

Ingenieure entwickeln Prototyp einer elektronischen Nase

Eine Nase ist ein Gassensor, auch wenn sie anders heißt

Es geht nichts über den Geruch von frisch gebrühtem Kaffee am Morgen. Aber wie kann man diesen Geruch messen? Es gibt keine Energie in einem Geruch, die helfen könnte, die Stärke des Kaffees abzuschätzen. Stattdessen sind es die Gase, die von gebrühtem Kaffee abgegeben werden, die zu dem belebenden Duft beitragen.

Die menschliche Nase erfasst diese Gase auf eine Art und Weise, die Nosang Vincent Myung, der Bernard Keating Crawford Professor für Ingenieurwissenschaften an der Universität von Notre Dame, in einem Gerät mit Sensoren nachbilden möchte.

Er und sein Team haben einen Prototyp einer elektronischen Nase entwickelt, bei dem nanotechnische Materialien verwendet werden, um die Empfindlichkeit und Selektivität so einzustellen, dass die Leistung und die Fähigkeiten einer menschlichen Nase nachgeahmt werden. Das ist eine große Aufgabe, da die menschliche Nase mit ihren etwa 400 Geruchsrezeptoren Millionen von verschiedenen Gerüchen unterscheiden kann.

Myung zufolge beeinflussen die chemischen Eigenschaften von Gasen die elektrischen Eigenschaften der Sensormaterialien. Durch Manipulation der Größe und Form der nanotechnologischen Materialien können er und sein Team präzisere Sensoren herstellen, die effizienter und kostengünstiger funktionieren.

"Eine elektronische Nase kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden", so Myung. "Zum Beispiel können wir Luftschadstoffe oder Treibhausgase aufspüren. Wir können damit aber auch Drogen und Bomben aufspüren, Krebs und bakterielle Infektionen erschnüffeln sowie Erdgaslecks aufspüren und die Qualität von Lebensmitteln beurteilen."

Myung erhielt einen Zuschuss vom Center for Bioanalytical Metrology der National Science Foundation für ein intelligentes prozessanalytisches Technologiesystem, mit dem chemische/biochemische Reaktionen in industriellen und laborchemischen Verarbeitungsanwendungen in Echtzeit überwacht werden können.

Außerdem entwerfen er und sein Team ein intelligentes Sensorsystem für die Landwirtschaft, das den Stickstoffkreislauf auf den Feldern überwacht, um Treibhausgase zu vermeiden und gleichzeitig den Ertrag der angebauten Produkte zu steigern. Darüber hinaus entwickeln sie ein tragbares intelligentes Sensorsystem für Militärangehörige, das giftige Gase und andere Bedrohungen erkennen kann.

"Die Entwicklung besserer Sensoren ist für eine Reihe von Branchen von entscheidender Bedeutung", so Myung. "Die Zukunft wird von unserer Fähigkeit geprägt sein, intelligente, genaue und stromsparende Sensoren zu entwickeln und zu bauen, die uns helfen, die Welt um uns herum besser zu verstehen und mit ihr zu interagieren.

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