Winzigen Sensor verspricht besseren Monitor für Umwelt

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Forscher entwickeln ein Gerät, das sie hoffen, in Echtzeit ermöglichen, vor-Ort-Nachweis von Wasser und Luft Schadstoffe in eine kostengünstige und umweltfreundliche Art und Weise.

Professoren Juejun Hu und Chaoying Ni des Department of Materials Science and Engineering der University of Delaware sind kleine, hochempfindliche Geräte erstellen, die in der Lage, anorganische, organische und biologische Moleküle auf einem niedrigen Niveau in der Umgebung zu erkennen. Sie werden durch einen Zuschuss der Samen von der National Science Foundation Delaware experimentelles Programm an stimulieren wettbewerbsfähige Forschung finanziert.

"Wir machen Nanostrukturen, chemische Moleküle sehr sensibel zu erkennen", sagte der leitende Forscher Hu.

Mit Forschung und Entwicklung können die Geräte in tragbaren, batteriebetriebenen Sensor-Pakete ersetzen traditionelle molekulare Detektoren, die sperrige und teure Ausrüstung erfordern integriert werden. In einem Netzwerk im Bereich eingesetzt, konnte eine Reihe von kleinen Sensoren Kontamination in Luft, Wasser und Boden in Echtzeit und Relais, dass Informationen drahtlos an einen Computer erkennen.

Ein großes Hindernis, die verhindert, dass kleiner Sensoren immer praktischen Ersatz für sperrige Maschinen ist, dass die neue Technologie weniger empfindlich und spezifisch in seiner Erkennung als die Instrumente im Einsatz. HU und Ni Projekt zielt auf die Sensoren zu erstellen, die diese Hindernisse zu überwinden.

"Es ist eine neue Art von Sensor," sagte Ni. "Es ist sehr klein und noch wichtiger ist, es ist sehr empfindlich und sehr spezifisch."

Verwenden die Forscher einen fokussierten Ionenstrahl Löcher in einen dünnen Streifen Chalkogenid Glas Punsch-Glas setzt sich aus bestimmten Elementen, die es spezielle optische Propertiesneeded geben, Schadstoffe zu verfolgen und erweiterte durch die Löcher – d. h. wenige Mikrometer dick, oder etwa ein Zehntel der Breite eines Haares. Wenn der Streifen Licht durchläuft, Moleküle in der Umgebung selektiv absorbieren eine oder mehrere bestimmte Farben des Lichts – auf diese Weise die Moleküle sind in der Tat, ihre Anwesenheit zu signalisieren. Die Forscher können diese optische Absorption Signale verwenden, um die Präsenz und Konzentration der Moleküle des Interesses zu identifizieren. Die Forscher planen, einige der winzigen, Chip-Größe Geräte zusammen, um einen Sensor in der Lage mehrere Arten von Molekülen zu gruppieren.

"Am Ende wird das Gerät sehr empfindlich sein im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik. "Wir erwarten etwa zwei bis vier Größenordnungen Verbesserung", sagte Hu. "Es wird auch klein sein und einen sehr kleinen Fußabdruck hinterlassen. Einmal integriert, es werden die Größe des ein Hockey-Puck und diskret in die Umgebung platziert werden kann."

Da die Forscher das Projekt vor etwa einem Jahr begann, haben sie mehrere Chips erfolgreich erstellt, obwohl sie einige Probleme auf dem Weg begegnet sind.

"Die Herstellung des Geräts war schwierig," sagte Ni. "Die Löcher müssen mit großer Präzision gestanzt werden. Deshalb brauchen wir die fokussierten Ionenstrahl, die erwies sich als ideal für dieses Projekt. "

Obwohl das Projekt noch im Anfangsstadium ist, mit dem testen, nur nach dem Start dieser Vergangenheit fallen, Hu blickt bereits voraus in die praktischen Vorteile, die die Geräte für die Umwelt haben könnte.

"Wir werden in der Lage, Umwelt-Schadstoffe, kontinuierlich zu überwachen, damit wir wissen, wenn Wasser in einem Bach immer verschmutzt ist oder wenn eine Chemiefabrik undicht ist. Wir auch verwenden, können um zu erkennen, dass giftige Lecks in Industrieanlagen,"sagte er.

HU hinzugefügt, dass sobald die Technik empfindlich genug ist, Chip-Scale-Sensoren nutzen in anderen Bereichen, einschließlich der Biomedizin sein könnte.

"Wir könnten nutzen die Geräte, um für bestimmte Krankheiten durch Analyse des Patienten Atem zu überprüfen", sagte er. "Der Sensor wäre in der Lage, Spur-Moleküle in der Luft zu erkennen, die sie atmen."

NI vereinbart, dass die Geräte eine erhebliche Auswirkungen haben könnte. "sie könnte eine revolutionäre Art der Sache sein", sagte er.

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation, die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter den Kulissen Archiv.