Tragbarer Gassensor für Gesundheits- und Umweltüberwachung

Es wurde ein tragbarer Gassensor entwickelt, der eine Verbesserung bestehender tragbarer Sensoren darstellt, da er einen Selbsterwärmungsmechanismus verwendet, der die Empfindlichkeit erhöht. Es ermöglicht eine schnelle Wiederherstellung und Wiederverwendung des Geräts. Andere Geräte dieser Art benötigen eine externe Heizung. Darüber hinaus erfordern andere tragbare Sensoren einen teuren und zeitaufwändigen Lithografieprozess unter Reinraumbedingungen.

Frühere Arbeiten umfassten die Verwendung von Nanomaterialien für die Sensorik, da sie aufgrund ihres großen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisses hochempfindlich sind; Das Nanomaterial ist jedoch nicht etwas, das ein Signal empfangen kann, was die Notwendigkeit von ineinandergreifenden Elektroden erfordert, die wie die Finger einer Hand sind.

Die Forscher verwendeten einen Laser, um eine hochporöse einzelne Linie aus Nanomaterial ähnlich Graphen für Sensoren zu strukturieren, die Gas, Biomoleküle und in Zukunft Chemikalien erkennen. Im Nonsensing-Teil der Geräteplattform erstellte das Team eine Reihe von Schlangenlinien, die mit Silber beschichtet waren. Wenn ein elektrischer Strom an das Silber angelegt wird, erwärmt sich der Gaserfassungsbereich aufgrund des erheblich größeren elektrischen Widerstands lokal, wodurch die Notwendigkeit einer separaten Heizung entfällt.

Die Serpentinenlinien ermöglichen es dem Gerät, sich wie Federn zu dehnen, um sich an die Biegung des Körpers für tragbare Sensoren anzupassen.

Die in dieser Arbeit verwendeten Nanomaterialien sind reduziertes Graphenoxid und Molybdändisulfid oder eine Kombination aus beiden oder ein Metalloxid-Verbundstoff, der aus einem Kern aus Zinkoxid und einer Hülle aus Kupferoxid besteht und die zwei Klassen weit verbreiteter Gassensormaterialien darstellt – niederdimensionale und Metalloxid-Nanomaterialien. Mit einem CO ² Laser können mehrere Sensoren auf der Plattform hergestellt werden. Der Plan ist, zehn bis hundert Sensoren zu haben, von denen jeder wie eine elektronische Nase für ein anderes Molekül selektiv ist, um mehrere Komponenten in einer komplexen Mischung zu entschlüsseln.

Zu den Anwendungen gehören ein tragbarer Sensor zur Erkennung chemischer und biologischer Wirkstoffe, die die Nerven oder Lungen schädigen könnten, und die Gesundheitsüberwachung von Patienten, einschließlich der Erkennung gasförmiger Biomarker aus dem menschlichen Körper und der Umwelterkennung von Schadstoffen, die die Lunge beeinträchtigen können.

Der Sensor kann Stickstoffdioxid erkennen, das durch Fahrzeugabgase entsteht, und Schwefeldioxid, das zusammen mit Stickstoffdioxid sauren Regen verursacht. Diese Gase können ein Problem für die Arbeitssicherheit darstellen.

Der nächste Schritt der Forscher besteht darin, Arrays mit hoher Dichte zu erstellen, das Signal zu verbessern und die Sensoren selektiver zu machen. Dies kann die Verwendung von maschinellem Lernen beinhalten, um die unterschiedlichen Signale einzelner Moleküle auf der Plattform zu identifizieren.