ReSURF:Ein bahnbrechender ultraschneller, dehnbarer, selbstheilender und recycelbarer Sensor

National University of Singapore, Singapur

Der von Forschern der National University of Singapore entwickelte ReSURF-Sensor besteht aus einem vielseitigen Material, das eine selbstorganisierende und wasserabweisende Oberfläche bildet – ein Konzept, das von der öligen Schutzschicht der menschlichen Haut inspiriert ist. (Bild:College of Design and Engineering an der NUS)

Sauberes, sicheres Wasser ist für die Gesundheit und das Wohlbefinden des Menschen von entscheidender Bedeutung. Es spielt auch eine entscheidende Rolle für unsere Ernährungssicherheit, unterstützt High-Tech-Industrien und ermöglicht eine nachhaltige Urbanisierung. Allerdings bleibt die schnelle und genaue Erkennung von Kontaminationen in vielen Teilen der Welt eine große Herausforderung. Ein bahnbrechendes neues Gerät, das von Forschern der National University of Singapore (NUS) entwickelt wurde, hat das Potenzial, die Überwachung und Verwaltung der Wasserqualität erheblich zu verbessern.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Benjamin Tee vom Department of Materials Science and Engineering am College of Design and Engineering der NUS ließ sich von der biologischen Funktion der öligen Schutzschicht auf der menschlichen Haut inspirieren und übersetzte dieses Konzept in ein vielseitiges Material namens ReSURF, das in der Lage ist, spontan eine wasserabweisende Grenzfläche zu bilden.

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

„Der ReSURF-Sensor kann verschiedene Schadstoffe wie Öle und fluorierte Verbindungen erkennen, was für viele vorhandene Sensoren eine Herausforderung darstellt. Diese Fähigkeit, zusammen mit einzigartigen Funktionen wie Eigenversorgung, Selbstheilung, Wiederverwendbarkeit und Recyclingfähigkeit, positioniert ReSURF als nachhaltige Lösung für die Echtzeit-, Vor-Ort- und nachhaltige Wasserqualitätsüberwachung“, sagte Tee.

Das Teamdesign des ReSURF-Materials und die Leistung des neuartigen Wasserqualitätssensors wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht .

Bestehende Technologien zur Überwachung der Wasserqualität wie elektrochemische Sensoren, optische Erkennungssysteme und Biosensoren sind in bestimmten spezifischen Anwendungen wirksam, beispielsweise bei der Erkennung von Schwermetallen, Phosphor und mikrobieller Verschmutzung.

Allerdings stoßen diese Technologien oft an Einschränkungen, darunter langsame Reaktion, hohe Kosten, Abhängigkeit von externen Reagenzien oder Stromquellen, begrenzte Wiederverwendbarkeit und die Notwendigkeit sperriger Laborausrüstung oder spezieller Instrumente.

Der vom NUS-Team entwickelte ReSURF-Sensor überwindet diese Herausforderungen effektiv, insbesondere bei der Echtzeitmessung der Wasserqualität vor Ort. Das energieautarke Gerät hat die Fähigkeit bewiesen, Wasserverunreinigungen in etwa 6 Millisekunden zu erkennen (d. h. etwa 40-mal schneller als ein Wimpernschlag).

Darüber hinaus ist der ReSURF-Sensor selbstheilend und recycelbar, was ihn zu einer nachhaltigen und wartungsarmen Lösung macht. Da das Material dehnbar und transparent ist, kann es problemlos in flexible Plattformen integriert werden, einschließlich weicher Robotik und tragbarer Elektronik, wodurch es sich von herkömmlichen Sensormaterialien abhebt.

Darüber hinaus bietet das als Sensor eingesetzte ReSURF-Material eine umweltfreundliche Lösung, da es aufgrund seiner Löslichkeit in Lösungsmitteln leicht recycelt werden kann und so in neuen Geräten ohne Leistungseinbußen wiederverwendet werden kann.

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