Portabil: senzor de gaze pentru monitorizarea sănătății și a mediului

Un senzor de gaze portabil și extrem de sensibil, pentru monitorizarea sănătății umane și a mediului, poate deveni curând disponibil în comerț, conform cercetătorilor de la Penn State and Northeastern University.

Dispozitivul-senzor este o îmbunătățire a senzorilor portabili existenți, deoarece folosește un mecanism de autoîncălzire care crește sensibilitatea. Permite recuperarea rapidă și reutilizarea dispozitivului. Alte dispozitive de acest tip necesită un încălzitor extern. În plus, alți senzori portabili necesită un proces de litografiere costisitor și care consumă timp, realizat în condiții de cameră sterilă. Un senzor aplicat pe mână și braț înscrie datele, iar un telefon mobil le citește.

„Oamenilor le place să utilizeze nanomateriale ca senzori, deoarece raportul lor mare suprafață-volum le oferă o sensibilitate marită.”, a declarat Huanyu Cheng, profesor asistent de știința ingineriei și știința și ingineria mecanică și a materialelor, Penn State. „Problema este că nanomaterialul nu este ceva ce putem conecta ușor cu cabluri pentru a primi semnalul, necesitând ceva numit electrozi interdigitali, care sunt ca degetele de la mâna ta.”

Cheng și echipa sa utilizează un laser pentru a modela o linie unică, extrem de poroasă, de nanomaterial asemănătoare grafenului pentru senzorii care detectează gaze, biomolecule și, în viitor, substanțe chimice. În porțiunea non-senzorială a platformei dispozitivului, echipa creează o serie de linii curbe pe care le plachează cu argint. Atunci când aplică un curent electric pe argint, regiunea de detectare a gazelor se va încălzi local datorită rezistenței electrice semnificativ mai mari, eliminând necesitatea unui încălzitor separat. Liniile curbe permit dispozitivului să se întindă, ca niște arcuri, pentru a se ajusta la flexiile corpului, în cazul senzorilor portabili.

Nanomaterialele utilizate în această lucrare sunt oxidul de grafen redus și bisulfura de molibden sau o combinație a celor două; sau un compus de oxid de metal format dintr-un nucleu de oxid de zinc și un înveliș de oxid de cupru, reprezentând cele două clase de materiale utilizate pe scară largă pentru senzorii de gaze – nanomateriale cu dimensiuni reduse și oxid de metal. 

„Folosind un laser CO₂, adesea găsit în atelierele mecanice, putem face cu ușurință senzori multipli pe platforma noastră”, a spus Cheng. „Intenționăm să avem zeci până la o sută de senzori, fiecare selectiv pentru o moleculă diferită, precum un nas electronic, pentru a decoda multiple componente într-un amestec complex.”

Agenția de Reducere a Amenințărilor în Domeniul Apărării a SUA este interesată de acest senzor portabil pentru a detecta agenți chimici și biologici care ar putea deteriora nervii sau plămânii, potrivit cercetătorilor. O companie de dispozitive medicale lucrează de asemenea cu echipa, pentru creșterea producției pentru monitorizarea sănătății pacientului, inclusiv detectarea biomarkerului gazos din corpul uman și detectarea în mediu a poluanților care pot afecta plămânii.

Ning Yi, un student doctorand în laboratorul lui Chen și coautor principal al lucrării postate online în Jurnalul de Materiale Chimice A, a spus: „În această lucrare, am arătat că am putea detecta dioxidul de azot, produs de emisiile vehiculului. Putem detecta de asemenea dioxidul de sulf, care, împreună cu dioxidul de azot, provoacă ploaia acidă. Toate aceste gaze pot constitui o problemă pentru siguranța industrială”.

Cercetătorii au spus că următorul pas este să creeze matrice de înaltă densitate și să încerce câteva idei pentru a îmbunătăți semnalul și a face senzorii mai selectivi. Aceasta poate implica utilizarea învățării automate pentru a identifica semnalele distincte ale moleculelor individuale de pe platformă.

Source: Compamed

Photo/video source: Compamed