ChIMES: Lage-kost magneto-elastische sensoren voor nauwkeurige chemische identificatie

Een lage-kost sensortechnologie, genaamd Chemical Identification by Magneto-Elastic Sensing (ChIMES), gebruikt target response materialen (TRMs) als actuatoren in magneto-elastische (M-E) sensoren (Figuur 1).

TRMs kunnen afstammen van veel klassen chemische en biochemische verbindingen, met veel graden van selectiviteit. TRMs met sterke affiniteit voor specifieke doelen kunnen individueel gebruikt worden, terwijl TRMs met gedistribueerde selectiviteit in arrays gevormd kunnen worden met een kunstmatig neuraal netwerk of andere AI-gebaseerde tools voor analyse en interpretatie. De magneto-elastische componenten zijn amorfe ferromagnetische legeringen met hoge permeabiliteit en zeer lage coercitiviteit. Wanneer een TRM een doel ontmoet, oefent het krachten uit die de magnetische eigenschappen van de legering veranderen op manieren die gedetecteerd kunnen worden met een opwekkings-detectiespoel-set.

ChIMES omvat een ferromagnetisch metaal en een moleculaire herkenningreagens gekoppeld aan het ferromagnetisch metaal. De moleculaire herkenningreagens is bedienbaar om te expanderen bij blootstelling aan damp of vloeistof van het doelmateriaal, zodat de reagens een trekspanning op het ferromagnetisch metaal verandert. Het doelmateriaal wordt gedetecteerd op basis van veranderingen in de magnetische schakelkarakteristieken van het ferromagnetisch metaal veroorzaakt door de veranderingen in de trekspanning.

De sensor kan alles detecteren waarvoor TRMs geïdentificeerd of ontwikkeld kunnen worden. Het is in staat tot onthetherde communicatie door een niet-metalen of dunne metalen barrière. ChIMES kan geminiaturiseerd worden, en is energie-efficiënt genoeg voor voeding met onboard batterijen. Vorm, grootte en uiterlijk kunnen afgestemd worden op een specifieke behoefte. ChIMES is geschikt voor zowel overte als covert toepassingen, en kan meerdere en variabele doelen tegelijkertijd detecteren met modulaire TRMs. De sensor is veel goedkoper dan technieken als gaschromatografie.

Toepassingen voor ChIMES omvatten explosieven of taggants; chemische en biologische oorlogsgassen en voorlopers of bijproducten van hun productie; uitgeademde gasbestanddelen voor gezondheidsdiagnostica en drugsdetectie; giftige industriële chemicaliën en materialen; voedselversheid en -veiligheid; vluchtige organische verbindingen; en andere door de lucht en water gedragen verontreinigingen.