Un muy sensible, el sensor de gas portátil para el control del medio ambiente y la salud humana pronto estará disponible comercialmente, según investigadores de Penn State y Northeastern University.

El dispositivo sensor es una mejora de los sensores portátiles existentes porque utiliza un mecanismo de autocalentamiento que mejora la sensibilidad. Permite una rápida recuperación y reutilización del dispositivo. Otros dispositivos de este tipo requieren un calentador externo. Además, otros sensores portátiles requieren un proceso de litografía costoso y lento en condiciones de sala limpia.

Mano y brazo que muestran el sensor aplicado a la escritura interna con lectura del tamaño de un teléfono móvil al lado.

"A la gente le gusta usar nanomateriales para la detección porque su gran relación superficie-volumen los hace muy sensibles, "dijo Huanyu Cheng, profesor asistente de ciencias de la ingeniería y mecánica y ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "El problema es que el nanomaterial no es algo a lo que podamos conectarnos fácilmente con cables para recibir la señal, necesitando la necesidad de algo llamado electrodos interdigitados, que son como los dígitos de tu mano ".

Cheng y su equipo usan un láser para modelar una sola línea altamente porosa de nanomaterial similar al grafeno para sensores que detectan gas. biomoléculas, y en el futuro, productos químicos. En la parte no sensible de la plataforma del dispositivo, el equipo crea una serie de líneas serpentinas que recubren con plata. Cuando aplican una corriente eléctrica a la plata, la región de detección de gas se calentará localmente debido a una resistencia eléctrica significativamente mayor, eliminando la necesidad de un calentador separado. Las líneas serpenteantes permiten que el dispositivo se estire, como manantiales, para adaptarse a la flexión del cuerpo para sensores portátiles.

Los nanomateriales utilizados en este trabajo son óxido de grafeno reducido y disulfuro de molibdeno, O una combinación de los dos; o un compuesto de óxido metálico que consta de un núcleo de óxido de zinc y una cubierta de óxido de cobre, que representan las dos clases de materiales de sensores de gas ampliamente utilizados:nanomateriales de óxido metálico y de baja dimensión.

"Usando un CO ₂ láser, a menudo se encuentran en talleres mecánicos, podemos crear fácilmente varios sensores en nuestra plataforma, ", Dijo Cheng." Planeamos tener de diez a cien sensores, cada uno selectivo para una molécula diferente, como una nariz electrónica, para decodificar múltiples componentes en una mezcla compleja ".

La Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa de EE. UU. Está interesada en este sensor portátil para detectar agentes químicos y biológicos que podrían dañar los nervios o los pulmones. según los investigadores. Una empresa de dispositivos médicos también está trabajando con el equipo para ampliar la producción para el control de la salud del paciente. incluida la detección de biomarcadores gaseosos del cuerpo humano y la detección ambiental de contaminantes que pueden afectar los pulmones.

Ning Yi, estudiante de doctorado en el laboratorio de Chen y coautor principal del artículo publicado en línea en el Revista de Química de Materiales A , dijo, "En este papel, demostramos que podíamos detectar dióxido de nitrógeno, que es producido por las emisiones de los vehículos. También podemos detectar dióxido de azufre, cuales, junto con dióxido de nitrógeno, provoca lluvia ácida. Todos estos gases pueden ser un problema de seguridad industrial ".

Los investigadores dijeron que su próximo paso es crear matrices de alta densidad y probar algunas ideas para mejorar la señal y hacer que los sensores sean más selectivos. Esto puede implicar el uso del aprendizaje automático para identificar las distintas señales de moléculas individuales en la plataforma.