Anne-Marije Andringa ontwikkelde een nieuwe sensor die voortdurend stikstofoxiden meet. Het draagbare prototype kan de luchtkwaliteit bemonsteren om bijvoorbeeld na te gaan of de katalysator in een auto goed werkt. Bovendien kan het mogelijk een zware astma-aanval al een paar dagen van te voren voorspellen.
Bij de APK-keuring van auto’s worden standaard gasvormige stikstofoxiden gemeten, om na te gaan of de brandstof wel goed verbrandt. Stikstofoxiden zijn medeveroorzakers van smog en schadelijk voor de luchtwegen. Een katalysator in een auto zet stikstofoxide om in het onschadelijke stikstof en zuurstof. 'Als deze niet goed werkt komt er teveel stikstofoxide vrij en dat gaat ten koste van de luchtkwaliteit. Maar de uitlaatgassen worden maar één keer per jaar gecontroleerd. Mijn sensor daarentegen kan bijvoorbeeld in de uitlaat worden geplaatst en daar continu meten', zegt Andringa. Zij promoveerde op 8 februari j.l. aan de Rijksuniversiteit Groningen op haar onderzoek naar, en een prototype van de sensor.
Slimme meetmethode
Voor haar sensor ontwikkelde Andringa een nieuwe meetmethode. Normaal gesproken wordt stikstofdioxide slechts op één moment gemeten, maar Andringa slaagde er in om continu na te gaan hoeveel stikstofdioxide er is. Andringa gebruikte een veldeffecttransistor. Dat is een schakelaar, die bestaat uit drie elektroden, een diëlektricum en een halfgeleider. Zodra stikstofdioxide door de transistor gaat zetten de elektronen zich vast aan de halfgeleider.
Daar maakt Andringa slim gebruik van: 'Die vastzittende elektronen kunnen we meten dankzij de drempelspanning. Dat is de spanning waarop de transistor aan- en uitschakelt. Door de transistor voortdurend aan en uit te schakelen, zodat er wel of geen stroom loopt, worden de elektronen afwisselend vastgezet en losgelaten. Tegelijkertijd verschuift steeds de drempelspanning, afhankelijk van hoeveel stikstofdioxide er is. Mijn model leidt vervolgens nauwkeurig af hoe hoog de concentratie stikstofdioxide is aan de hand van de verschuiving van de drempelspanning.'
Astma-aanval voorspellen
De sensor is niet alleen handig voor de auto-industrie, maar heeft ook een interessante medische toepassing. Enkele dagen voor een zware aanval gaat bij astmapatiënten de concentratie stikstofmonoxide in de ademhalingslucht omhoog. 'Ook dat kan mogelijk met mijn sensor gemeten worden. Daardoor is het eenvoudiger om de medicatie al eerder aan te passen. Momenteel moeten patiënten voor een meting naar het ziekenhuis.'
Luchtkwaliteit meten
Een andere toepassing is het meten van de luchtkwaliteit. Stikstofoxiden belasten, net als fijnstof, het milieu. 'Mijn sensor kan voortdurend concentraties meten. Het zou ook interessant zijn als de sensor in mobiele telefoons wordt verwerkt en iedereen via een app gegevens upload, waardoor we een beeld krijgen van de luchtkwaliteit op meerdere plaatsen.'
Andringa verrichtte haar onderzoek bij Philips Research in Eindhoven. Ze maakte een prototype van de sensor. Over vervolgonderzoek is ze nog in gesprek met verschillende partijen.
Proefschrift: Andringa, A., Gas sensing with field-effect transistors, (Groningen 2013)
Bron: Kennislink