Un molto sensibile, sensore di gas indossabile per il monitoraggio ambientale e della salute umana potrebbe presto diventare disponibile in commercio, secondo i ricercatori della Penn State e della Northeastern University.

Il dispositivo sensore è un miglioramento rispetto ai sensori indossabili esistenti perché utilizza un meccanismo di autoriscaldamento che migliora la sensibilità. Consente un rapido recupero e riutilizzo del dispositivo. Altri dispositivi di questo tipo richiedono un riscaldatore esterno. Inoltre, altri sensori indossabili richiedono un processo di litografia costoso e dispendioso in termini di tempo in condizioni di camera bianca.

Mano e braccio che mostrano il sensore applicato alla scrittura interna con accanto la lettura delle dimensioni di un telefono cellulare.

"Alle persone piace usare i nanomateriali per il rilevamento perché il loro ampio rapporto superficie-volume li rende altamente sensibili, " disse Huanyu Cheng, assistente professore di scienze ingegneristiche e meccanica e scienze e ingegneria dei materiali, Penn State. "Il problema è che il nanomateriale non è qualcosa a cui possiamo facilmente collegare dei cavi per ricevere il segnale, richiedendo la necessità di qualcosa chiamato elettrodi interdigitati, che sono come le cifre della tua mano."

Cheng e il suo team usano un laser per modellare una singola linea altamente porosa di nanomateriale simile al grafene per sensori che rilevano gas, biomolecole, e in futuro, sostanze chimiche. Nella parte non sensibile della piattaforma del dispositivo, il team crea una serie di linee serpentine che ricoprono d'argento. Quando applicano una corrente elettrica all'argento, la regione di rilevamento del gas si riscalda localmente a causa della resistenza elettrica significativamente maggiore, eliminando la necessità di un riscaldatore separato. Le linee a serpentina consentono al dispositivo di allungarsi, come sorgenti, per adattarsi alla flessione del corpo per sensori indossabili.

I nanomateriali utilizzati in questo lavoro sono ossido di grafene ridotto e bisolfuro di molibdeno, o una combinazione dei due; o un composto di ossido di metallo costituito da un nucleo di ossido di zinco e un guscio di ossido di rame, che rappresentano le due classi di materiali per sensori di gas ampiamente utilizzati:nanomateriali a bassa dimensionalità e ossido di metallo.

"Usando un CO ₂ laser, spesso trovato nelle officine meccaniche, possiamo facilmente realizzare più sensori sulla nostra piattaforma, " Ha detto Cheng. " Abbiamo in programma di avere da dieci a cento sensori, ciascuno selettivo per una molecola diversa, come un naso elettronico, per decodificare più componenti in una miscela complessa."

L'Agenzia per la riduzione delle minacce alla difesa degli Stati Uniti è interessata a questo sensore indossabile per rilevare agenti chimici e biologici che potrebbero danneggiare i nervi o i polmoni, secondo i ricercatori. Anche un'azienda di dispositivi medici sta lavorando con il team per aumentare la produzione per il monitoraggio della salute dei pazienti, compreso il rilevamento di biomarcatori gassosi dal corpo umano e il rilevamento ambientale di inquinanti che possono influenzare i polmoni.

Ning Yi, uno studente di dottorato nel laboratorio di Chen e co-autore principale del documento pubblicato online nel Journal of Materials Chemistry A , disse, "In questo documento, abbiamo dimostrato di poter rilevare il biossido di azoto, che è prodotto dalle emissioni dei veicoli. Possiamo anche rilevare l'anidride solforosa, quale, insieme al biossido di azoto, provoca piogge acide. Tutti questi gas possono essere un problema per la sicurezza industriale".

I ricercatori hanno affermato che il loro prossimo passo è creare array ad alta densità e provare alcune idee per migliorare il segnale e rendere i sensori più selettivi. Ciò può comportare l'utilizzo dell'apprendimento automatico per identificare i segnali distinti delle singole molecole sulla piattaforma.