Geavanceerde zelfverwarende draagbare gassensor voor nauwkeurige gezondheids- en milieu monitoring

Een draagbare gassensor is ontwikkeld die een verbetering is op bestaande draagbare sensoren omdat het een zelfverwarend mechanisme gebruikt dat de gevoeligheid verbetert. Het stelt snelle herstel en hergebruik van het apparaat toe. Andere apparaten van dit type vereisen een externe verwarming. Bovendien vereisen andere draagbare sensoren een dure en tijdrovende lithografieproces onder cleanroom-omstandigheden.

Laser-gepatroonde nanomaterialen

Eerder werk betrof het gebruik van nanomaterialen voor sensing omdat hun grote oppervlakte-tot-volume-verhouding ze hooggevoelig maakt; het nanomateriaal kan echter geen signaal ontvangen, wat de noodzaak creëert voor interdigiteerde elektroden, die lijken op de vingers aan een hand.

De onderzoekers gebruikten een laser om een hoogporieuze enkele lijn van nanomateriaal, vergelijkbaar met grafene, te patroneren voor sensoren die gas, biomoleculen en in de toekomst chemicaliën detecteren. In het niet-sensende deel van het apparaatplatform creëerde het team een reeks serpentijnlijnen gecoat met zilver. Wanneer een elektrische stroom door het zilver wordt toegepast, verhit de gassensende regio lokaal op door significant grotere elektrische weerstand, wat de noodzaak voor een aparte verwarming elimineert.

De serpentijnlijnen stellen het apparaat in staat om te rekken, als veren, om zich aan te passen aan de buiging van het lichaam voor draagbare sensoren.

Nanomaterialen en toepassingen

De nanomaterialen die in dit werk worden gebruikt, zijn gereduceerd grafeneoxide en molybdeen disulfide of een combinatie van de twee, of een metaaloxidecomposiet bestaande uit een kern van zinkoxide en een mantel van koperoxide, wat de twee klassen van wijd gebruikte gassensormaterialen vertegenwoordigt – laag-dimensionale en metaaloxide nanomaterialen. Met een CO² laser kunnen meerdere sensoren op het platform worden gemaakt. De bedoeling is om tientallen tot honderden sensoren te hebben, elk selectief voor een ander molecuul als een elektronische neus, om meerdere componenten in een complex mengsel te decoderen.

Toepassingen omvatten een draagbare sensor om chemische en biologische agenten te detecteren die zenuwen of longen kunnen schaden, en patiëntgezondheidsmonitoring inclusief gasvormige biomarker detectie uit het menselijk lichaam en milieudetectie van vervuilende stoffen die de longen kunnen beïnvloeden.

De sensor kan stikstofdioxide detecteren, geproduceerd door voertuigemissies, en zwaveldioxide, die samen met stikstofdioxide zure regen veroorzaakt. Deze gassen kunnen een probleem zijn in industriële veiligheid.

De volgende stap van de onderzoekers is het creëren van hoogdichte arrays, het verbeteren van het signaal en het selectiever maken van de sensoren. Dit kan het gebruik van machine learning omvatten om de unieke signalen van individuele moleculen op het platform te identificeren.