Chemische Identifizierung durch magnetoelastische Sensorik (ChIMES)

Eine kostengünstige Sensortechnologie namens Chemical Identification by Magneto-Elastic Sensing (ChIMES) verwendet Target-Response-Materialien (TRMs) als Aktoren in magnetoelastischen (M-E) Sensoren (Abbildung 1).

TRMs können aus vielen Klassen chemischer und biochemischer Verbindungen mit vielen Selektivitätsgraden stammen. TRMs mit starker Affinität zu spezifischen Zielen können einzeln verwendet werden, während TRMs mit verteilter Selektivität zu Arrays mit einem künstlichen neuronalen Netzwerk oder anderen auf künstlicher Intelligenz basierenden Tools zur Analyse und Interpretation geformt werden können. Die magnetoelastischen Komponenten sind amorphe ferromagnetische Legierungen mit hoher Permeabilität und sehr niedriger Koerzitivfeldstärke. Wenn ein TRM auf ein Ziel trifft, übt es Kräfte aus, die die magnetischen Eigenschaften der Legierung auf eine Weise verändern, die mit einem Erregungs-Erkennungs-Spulensatz erkannt werden kann.

ChIMES umfasst ein ferromagnetisches Metall und ein an das ferromagnetische Metall gekoppeltes molekulares Erkennungsreagens. Das molekulare Erkennungsreagens ist so betreibbar, dass es sich ausdehnt, wenn es Dampf oder Flüssigkeit aus dem Zielmaterial ausgesetzt wird, so dass das molekulare Erkennungsreagens eine Zugspannung auf das ferromagnetische Metall verändert. Das Zielmaterial wird basierend auf Änderungen in den magnetischen Schalteigenschaften des ferromagnetischen Metalls erkannt, die durch die Änderungen in der Zugspannung verursacht werden.

Der Sensor kann alles erkennen, wofür TRMs identifiziert oder entwickelt werden können. Es ist in der Lage, eine ungebundene Kommunikation durch eine nichtmetallische oder dünne metallische Barriere hindurch zu führen. ChIMES kann miniaturisiert werden und ist energieeffizient genug für den Betrieb mit Bordbatterien. Form, Größe und Aussehen können auf einen bestimmten Bedarf zugeschnitten werden. ChIMES eignet sich sowohl für offene als auch für verdeckte Anwendungen und kann mit modularen TRMs mehrere und variable Ziele gleichzeitig erkennen. Der Sensor ist viel kostengünstiger als Techniken wie die Gaschromatographie.

Zu den Anwendungen für ChIMES gehören Sprengstoffe oder Taggants; chemische und biologische Kampfstoffe und Vorläufer oder Nebenprodukte ihrer Herstellung; ausgeatmete Gasbestandteile für die Gesundheitsdiagnostik und den Drogennachweis; giftige Industriechemikalien und -materialien; Frische und Sicherheit von Lebensmitteln; flüchtige organische Verbindungen; und andere Luft- und Wasserschadstoffe.