Een zeer gevoelige, draagbare gassensor voor monitoring van het milieu en de menselijke gezondheid binnenkort in de handel verkrijgbaar, volgens onderzoekers van Penn State en Northeastern University.

Het sensorapparaat is een verbetering ten opzichte van bestaande draagbare sensoren omdat het een zelfverwarmend mechanisme gebruikt dat de gevoeligheid verbetert. Het zorgt voor snel herstel en hergebruik van het apparaat. Andere apparaten van dit type vereisen een externe verwarming. In aanvulling, andere draagbare sensoren vereisen een duur en tijdrovend lithografieproces onder cleanroom-omstandigheden.

Hand en arm met sensor aangebracht op inner schrijven met leesbare mobiele telefoon ernaast.

"Mensen gebruiken graag nanomaterialen voor detectie omdat hun grote oppervlakte-tot-volumeverhouding ze zeer gevoelig maakt, " zei Huanyu Cheng, assistent-professor in de ingenieurswetenschappen en mechanica en materiaalwetenschappen en engineering, Penn State. "Het probleem is dat het nanomateriaal niet iets is dat we gemakkelijk kunnen aansluiten met draden om het signaal te ontvangen, waardoor de noodzaak van iets dat interdigitale elektroden wordt genoemd, nodig is, die zijn als de cijfers op je hand."

Cheng en zijn team gebruiken een laser om een ​​zeer poreuze enkele lijn van nanomateriaal, vergelijkbaar met grafeen, te modelleren voor sensoren die gas detecteren, biomoleculen, en in de toekomst, Chemicaliën. In het niet-gevoelige gedeelte van het apparaatplatform, het team creëert een reeks kronkelige lijnen die ze met zilver omhullen. Als ze een elektrische stroom op het zilver zetten, het gasdetectiegebied zal lokaal opwarmen vanwege een aanzienlijk grotere elektrische weerstand, waardoor er geen aparte verwarming meer nodig is. Door de kronkelige lijnen kan het apparaat uitrekken, zoals veren, om zich aan te passen aan de buiging van het lichaam voor draagbare sensoren.

De nanomaterialen die in dit werk worden gebruikt, zijn gereduceerd grafeenoxide en molybdeendisulfide, of een combinatie van beide; of een metaaloxidecomposiet bestaande uit een kern van zinkoxide en een omhulsel van koperoxide, die de twee klassen van veelgebruikte gassensormaterialen vertegenwoordigen:laagdimensionale en metaaloxidenanomaterialen.

"Een CO . gebruiken ₂ laser, vaak te vinden in machinewerkplaatsen, we kunnen eenvoudig meerdere sensoren maken op ons platform, " zei Cheng. "We zijn van plan om tientallen tot honderd sensoren te hebben, elk selectief voor een ander molecuul, als een elektronische neus, om meerdere componenten in een complex mengsel te decoderen."

Het Amerikaanse Defense Threat Reduction Agency is geïnteresseerd in deze draagbare sensor om chemische en biologische agentia te detecteren die de zenuwen of longen kunnen beschadigen, volgens de onderzoekers. Een bedrijf voor medische apparatuur werkt ook samen met het team om de productie op te schalen voor monitoring van de gezondheid van patiënten, inclusief detectie van gasvormige biomarkers van het menselijk lichaam en detectie van verontreinigende stoffen die de longen kunnen aantasten.

Ning Yi, een doctoraatsstudent in het laboratorium van Chen en co-hoofdauteur van het artikel dat online is gepost in de Journal of Materials Chemistry A , zei, "In deze krant, toonden we aan dat we stikstofdioxide konden detecteren, die wordt geproduceerd door voertuigemissies. We kunnen ook zwaveldioxide detecteren, die, samen met stikstofdioxide, veroorzaakt zure regen. Al deze gassen kunnen een probleem vormen voor de industriële veiligheid."

De onderzoekers zeiden dat hun volgende stap is om arrays met een hoge dichtheid te maken en enkele ideeën uit te proberen om het signaal te verbeteren en de sensoren selectiever te maken. Dit kan het gebruik van machine learning inhouden om de verschillende signalen van individuele moleculen op het platform te identificeren.