نسل جدید اسپری‌ها با سنسورهای میکروسکوپی الکترونیکی

این روزها به کمک پیشرفت علم و تکنولوژی هر وسیله‌ای کاربردهای مختلفی پیدا کرده است. ماشین‌های پرنده، سفر به فضا، ربات‌های سخنگو و خانه‌های هوشمند و متحرک دیگر داستان و خیال پردازی تخیلی نیستند و تمام این رویا پردازی‌ها در حال تحقق و شکل گیری هستند.
یکی از جدیدترین دستیافت‌های دانشمندان ساخت اسپری‌های هوشمند دارای سنسورهای میکروسکوپی الکترونیکی است. شاید از یک اسپری معمولی انتظاری بیش از خوشبو کردن هوا و معطر کردن لباس‌هایتان نداشته باشید اما محققان تصمیم گرفته‌اند از اسپری نیز به عنوان ابزاری برای کنترل انتخابی هوای اطراف شما استفاده کنند. این اسپری‌ها قادر خواهند بود با ذرات شیمیایی خاصی متصل شوند. مثلا به ذرات ویروسی خاصی که در محیط وجود دارند متصل شوند و از امکان انتقال آنها به بدن شما و ایجاد بیماریتان جلوگیری کنند و یا با ذرات معلق موجود در هوا باند شوند و آلودگی محیط را کاهش دهند.

برای رسیدن به این هدف محققان با استفاده از مواد کوچک دو بعدی موفق شده‌اند حسگرهای شیمیایی میکروسکوپی را بسازند که می‌توان آنها را به شکل آئروسل در هوا اسپری کرد. استفاده از این تراشه‌های الکترونیکی کوچک، برای اولین بار در 23 ژوئیه سال 2018 در نشریه نانوتکنولوژی شرح داده شد، که می‌تواند در آینده نزدیک به کنترل آلودگی محیط زیست یا درمان بیماری‌ها کمک کند و پس از آن تحقیقات و آزمایشات بیشتری بر روی این ایده انجام شد.
برای تولید این حسگرهای هوشمند، هر سنسوری از یک تراشه پلیمری با ابعادی در حدود 1 میکرومتر ضخامت و 100 میکرومتر طول (حدودا به اندازه موی انسان) ساخته شده است که دارای یک مدار ساخته شده از مواد نیمه رسانای اتوماتیک می‌باشد. این مدار سوپرفلت شامل یک فوتودیود و یک آشکارساز شیمیایی است که نور محیط را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. این آشکارساز شیمیایی از مواد دو بعدی تشکیل شده است که می‌تواند از اتصال آشکار ساز شیمیایی با یک ماده خاص در محیط، تولید جریان الکتریسیته کند.

محققان می‌توانند برای ساخت این آشکارسازهای حساس به مواد شیمیایی مختلف از طیف گسترده‌ای از مواد دو بعدی استفاده کنند. ولدیمیر کومن، یکی از مهندسان شیمی MIT می‌گوید که در آزمایشات خود و همکارانش یک اسپری هوشمند دارای سنسورهای میکروسکوپی تولید کرده است که می‌تواند بخار آمونیاک سمی متصاعد شده از لوله‌های فاضلاب را تشخیص داده، و همچنین اسپری دیگری ساخته‌اند که می‌تواند آلودگی و دوده جمع شده پشت سطوح صاف را شناسایی کرده و بزداید. کاربردی شدن دستیافت‌های کومن می‌تواند دریچه جدیدی را به سوی این بخش از تکنولوژی و فناوری نانو بگشاید. این حسگرها در هنگام اتصال به ذرات مورد نظر می‌توانند با یک آشکارساز شیمیایی، این جریان را نشان دهند و یا پس از اتصال به ذرات مورد نظر، انرژی نورانی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را منتشر کنند.
در حال حاضر محققان می‌توانند تعیین کنند که حسگرهای آنها فقط به ذرات خاصی متصل شوند. این حسگرها در هنگام اتصال به ذرات مورد نظر می‌توانند با یک آشکارساز شیمیایی، این جریان را نشان دهند و یا پس از اتصال به ذرات مورد نظر، انرژی نورانی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را منتشر کنند. مایکل استرانو یکی دیگر از مهندسان شیمی MIT می‌گوید: این سنسورها همچنین می‌توانند سیگنال‌های نورانی را در هنگام تماس با ذرات هدف، منتشر کنند.

این تیم همچنین روش‌هایی را برای کنترل مدارها در محیط‌های بدون نور و ادغام چندین آشکارساز شیمیایی بر روی یک تراشه بررسی می‌کند تا بتوان از یک تراشه برای اتصال به چندین ماده مختلف استفاده کرد. کومن می‌گوید: سیستم‌های ساده تشخیص دهنده منفرد یا تک کاربردی که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته‌اند، "تنها آغاز راه" هستند. و به راستی این چنین است، این زمینه هنوز جای کار بسیاری دارد و شاید بتوان روزی آن را در سطوح وسیع‌تری مورد استفاده قرار داد.
کوروش کلانتر زاده مهندس برق و شیمی در دانشگاه نیوسوت ولز سیدنی در مورد مطالعه صورت گرفته در این رابطه که در نشریه نیچر در بخش نانو فناوری چاپ شده است، می‌گوید: "بسیار هیجان انگیز است"، حسگرهای اسپری می‌توانند نشت گاز، آلودگی نیروگاه‌ها، ترکیبات آلی فرار و سایر آلودگی‌های موجود در هوا را شناسایی کنند. پس این اسپری‌ها در حل مشکل آلودگی محیط زیست در کلان شهرهای جهان هم قابل کاربرد هستند و با اتصال به ذرات آلوده کننده محیطی، آلودگی‌ها را فیلتر کرده و هوای سالم و پاک را به ارمغان می‌آوردند. 
می‌توان این حسگرهای شیمیایی را به شکل اسپری درون بینی یا دهان استفاده کرد تا سلامتی دستگاه گوارش را بررسی کنند
 کلانتر زاده می‌گوید: این حسگر‌ها می‌توانند برای اهداف پزشکی مانند آزمایش خون به جریان خون فرد نیز تزریق شوند تا بدون نیاز به گرفتن نمونه خون، ترکیبات شیمیایی آن را تعیین کنند. یا اینکه می‌توان این حسگرهای شیمیایی را به شکل اسپری درون بینی یا دهان استفاده کرد تا سلامتی دستگاه گوارش را بررسی کنند. او می گوید بر خلاف حسگرهای ساخته شده از سیلیکون که ممکن است خطرات زیست محیطی و یا سلامتی ایجاد کنند و آیروسل‌های میکروچیپ که می‌تواند موجب خطرات زیست محیطی و سلامتی شود، پلیمرها و مواد دو بعدی جدیدی که برای ساخت این حسگرهای جدید مورد استفاده قرار می‌گیرند، بیشتر دوستدار طبیعت هستند.

پس با توجه به موارد گفته شده، ساخت اسپری‌های هوشمند اگرچه بسیار جذاب و مهیج است اما هنوز در آغاز راه بوده و می‌توان از آن برای کاربردهای متنوعی استفاده کرد. شاید بتوان روزی را پیش بینی کرد که دیگر برای درمان سرماخوردگی نیازی به مراجعه به دکتر و مصرف دارو ندارید و برای رفع کسالت خود فقط کافیست که از مقداری اسپری استفاده کنید تا در بدن شما با ویروس‌ها باند شده و آنها را غیرفعال کند و یا اینکه در روزهای آلوده و خاکستری، تنها با زدن اندکی اسپری، از هوایی تازه و پاک بهره مند شوید.
حتی این فناوری جدید می‌تواند برای خانم‌های خانه دار هم خدمت خوبی داشته باشد و دیگر به جای گردگیری روزانه، تنها مقداری اسپری در خانه بزنند و خود این اسپری زحمت متصل شدن با ذرات گرد و خاک روی سطوح و زدودن آنها را بکشد. تا محقق شدن تمام این اتفاقات شاید مدت زیادی طول نکشد و در همین چند سال اخیر روزی در میان اسپری‌های خوشبو کننده خود، اسپری‌های هوشمند را هم خریداری کنید.