ReSURF: Durchbruch bei ultraschnellem, dehnbarem, selbstheilendem, recycelbarem Sensor

National University of Singapore, Singapur

Entwickelt von Forschern der National University of Singapore, verfügt der ReSURF-Sensor über ein vielseitiges Material, das eine selbstassemblierende und wasserabweisende Oberfläche bildet – ein Konzept, inspiriert von der öligen Schutzschicht menschlicher Haut. (Bild: College of Design and Engineering at NUS)

Sauberes, sicheres Wasser ist lebenswichtig für menschliche Gesundheit und Wohlbefinden. Es spielt auch eine kritische Rolle in unserer Nahrungssicherheit, unterstützt High-Tech-Industrien und ermöglicht nachhaltige Urbanisierung. Allerdings bleibt die schnelle und genaue Erkennung von Verunreinigungen in vielen Teilen der Welt eine große Herausforderung. Ein bahnbrechendes neues Gerät, entwickelt von Forschern der National University of Singapore (NUS), hat das Potenzial, Wasserqualitätsüberwachung und -management erheblich voranzubringen.

Inspiriert von der biologischen Funktion der öligen Schutzschicht auf menschlicher Haut übersetzte ein Forscherteam unter Leitung von Associate Professor Benjamin Tee vom Department of Materials Science and Engineering im College of Design and Engineering an der NUS dieses Konzept in ein vielseitiges Material namens ReSURF, das spontan eine wasserabweisende Grenzfläche bildet.

Dieses neue Material, das durch einen schnellen Mikrophasentrennungsansatz hergestellt werden kann, heilt autonom und kann recycelt werden. Die Forscher integrierten das Material in ein Gerät, bekannt als triboelektrischer Nanogenerator (TENG), der die Energie aus der Bewegung von Wassertropfen nutzt, um eine elektrische Ladung zu erzeugen. Das resultierende Gerät (ReSURF-Sensor) kann als Wasserqualitätsmonitor angewendet werden.

„Der ReSURF-Sensor kann verschiedene Schadstoffe wie Öle und fluorierte Verbindungen detektieren, die für viele bestehende Sensoren herausfordernd sind. Diese Fähigkeit, zusammen mit einzigartigen Merkmalen wie selbstversorgend, selbstheilend, wiederverwendbar und recycelbar, positioniert ReSURF als nachhaltige Lösung für Echtzeit-, Vor-Ort- und nachhaltige Wasserqualitätsüberwachung“, sagte Tee.

Das Design des ReSURF-Materials und die Leistung des neuartigen Wasserqualitätssensors wurden im wissenschaftlichen Journal Nature Communications veröffentlicht.

Bestehende Wasserqualitätsüberwachungstechnologien wie elektrochemische Sensoren, optische Detektionssysteme und Biosensoren sind in bestimmten spezifischen Anwendungen effektiv, wie der Detektion von Schwermetallen, Phosphor und mikrobieller Verschmutzung.

Diese Technologien stehen jedoch oft vor Limitationen, einschließlich langsamer Ansprache, hoher Kosten, Abhängigkeit von externen Reagenzien oder Stromquellen, begrenzter Wiederverwendbarkeit und der Notwendigkeit sperriger Laborausrüstung oder spezialisierter Instrumentierung.

Der von dem NUS-Team entwickelte ReSURF-Sensor überwindet diese Herausforderungen effektiv, insbesondere bei der Vor-Ort-Echtzeit-Wasserqualitätssensorik. Das selbstversorgende Gerät hat die Fähigkeit demonstriert, Wasserschadstoffe in ca. 6 Millisekunden zu detektieren (also etwa 40-mal schneller als ein Wimpernschlag).

Zusätzlich ist der ReSURF-Sensor selbstheilend und recycelbar gestaltet, was ihn zu einer nachhaltigen und wartungsarmen Lösung macht. Da er dehnbar und transparent ist, kann das Material leicht in flexible Plattformen integriert werden, einschließlich Soft Robotics und tragbarer Elektronik, was ihn von herkömmlichen Sensormaterialien abhebt.

Darüber hinaus bietet das als Sensor angewendete ReSURF-Material eine umweltfreundliche Lösung, da es aufgrund seiner Löslichkeit in Lösungsmitteln leicht recycelt werden kann, was eine Wiederverwendung in neuen Geräten ohne Leistungsverlust ermöglicht.

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