De CHEMFET is een apparaatje van ongeveer één bij twee millimeter dat metaalionen (kleine deeltjes) in water kan opsporen. Dat kunnen bijvoorbeeld calcium-, natrium-, kalium- of cesiumionen zijn, maar ook zwaardere metaalionen zoals cadmium-, zilver- en loodionen.
Dergelijke sensoren bestonden al langer, maar dankzij het onderzoek van Lugtenberg zijn ze nu zover ontwikkeld, dat ze voor een lange periode stabiel blijven, waardoor productie op grote schaal mogelijk is.
In eerste instantie gaat het om toepassingen in de glas- en tuinbouw. Planten krijgen daar een bepaalde voedingsstroom, waar bijvoorbeeld kalium en natrium in zit. Die concentraties kan de door Lugtenberg ontworpen sensor goed meten.
Daarnaast zijn in de nabije toekomst ook andere toepassingen denkbaar. 'De sensoren zijn zó klein, dat ze eventueel ook in de menselijke bloedbaan gebracht kunnen worden,' aldus Lugtenberg, 'Dat is heel interessant bij medische toepassingen, zoals hartoperaties, waarbij de natrium- en kaliumspiegels erg goed in de gaten moeten worden gehouden.'
De promovendus vertelt dat de sensoren ook te gebruiken zijn voor het opsporen van zware metalen in het afvalwater. In dat afvalwater kan ondermeer de concentratie van lood- en cadmiumionen worden gemeten.
Lugtenberg schat dat de sensoren bij een redelijk grote afzet minder dan honderd gulden per stuk kunnen gaan kosten. Dat is minder dan de helft van de kosten van de sensoren die nu op de markt zijn. Bovendien is de randapparatuur bij deze nieuwe sensoren veel goedkoper.
De CHEMFET bestaat uit een halfgeleider waarop een membraan is aangebracht. In dat membraan bevinden zich receptor-moleculen. Dat zijn verbindingen die een soort holte bevatten. In die holte wordt een deeltje 'gevangen'. De receptor herkent een bepaald ion (deeltje), bijvoorbeeld een natriumion. Als die herkenning plaatsvindt, wordt dat chemische signaal omgezet in een elektrisch signaal. Hoe meer natriumionen worden herkend, hoe hoger de concentratie dus is, hoe meer uitslag dat elektrisch signaal geeft. Via de halfgeleider kan de natriumion-concentratie zo worden gemeten.
Eén sensor kan één soort metaal-ion meten, maar kan dat wel doen in de aanwezigheid van andere ionen. Een natrium-sensor kan dus natriumionen meten in aanwezigheid van kalium- en calciumionen. Een reeks van verschillende sensoren kan uiteindelijk veel metaalionen meten. Daarbij zijn wel wat beperkingen. De sensoren zijn namelijk heel selectief, maar niet ten opzichte van alle ionen. De ideale sensor is nog niet uitgevonden.
Een groot probleem in het verleden was dat de membranen niet altijd dezelfde conditie hadden. Daardoor kon nooit de garantie worden gegeven dat de sensoren perfect werkten.
De belangrijkste vinding van Lugtenberg is een nieuw membraan: een soort 'plastic' waaraan de receptor-moleculen kunnen worden gekoppeld. 'We zijn nu in staat de eigenschappen van het membraan te variëren. Dat is heel belangrijk omdat bijvoorbeeld voor het opsporen van natriumionen een ander soort membraan nodig is dan voor het ontdekken van lood- of cadmiumionen.'
Door de ontwikkeling van het nieuwe membraan zijn de sensoren veel beter reproduceerbaar, bovendien is de duurzaamheid verbeterd. De CHEMFET blijft bij continue blootstelling aan water twintig tot tachtig weken werken.Daarmee is Lugtenbergs taak volbracht, want de opdracht was het ontwikkelen van een selectieve- en duurzame sensor voor zware metaalionen.
