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美国研发分子级智能可穿戴传感器
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美国研发分子级智能可穿戴传感器

2021-05-25 17:22:51 来源:MEMS

【哔哥哔特导读】人体伤口产生的过氧化氢能够表明抗生素对伤口的治疗效果,而新型传感器可以作为一种可穿戴设备,可以探测出来自伤口十亿分之一级别的过氧化氢。

美国罗得岛大学的Otto Gregory和化学工程博士Peter Ricci开发了新型传感器,可以探测到分子水平上的威胁,包括爆炸性材料、致命病毒甚至非法毒品。Gregory说:“这可能是一项挽救生命的技术,我们已经探测到了千万亿分之一水平的物质,这是真正的单分子检测。”新型传感器体积小而功能强大,所以可以广泛应用。

可穿戴

检测平台基础广泛,它可以应用到很多不同的场所,有不同的终端用户。美国国防部可使用它来监测士兵的伤口和检测路边简易爆炸装置。例如一名士兵或急救人员遭受弹片袭击造成了开放性伤口,传感器可以帮助确定伤口是否感染。人体伤口产生的过氧化氢能够表明抗生素对伤口的治疗效果,而新型传感器可以作为一种可穿戴设备,可以探测出来自伤口十亿分之一级别的过氧化氢。

在迈阿密热队的篮球比赛中,创新使用狗来嗅出人们皮肤毛孔的新冠病毒痕迹。在《自然》杂志上发表的一篇文章中,Gregory阐述了传感器如何用于同样目的——“狗可以从皮肤上检测到病毒,而传感器可以从人类呼吸中的生物标记物中检测到病毒。”

缩小版的“数码狗鼻子”

Gregory说:“任何狗能嗅出的东西传感器都能做。通过减少传感器的热质量,我们已经减低了运行传感器所需的功率。我们的研究从克级的热质量开始,现在传感器的热质量已达到微克的量级。”

要制造出小巧而强大的设备,关键之一就是找到合适的电池。目前,他们已经与一家科罗拉多州的电池公司合作,这家公司以生产极薄、极轻的电池而闻名,制造的锂电池比一张纸还薄。找到合适的合作伙伴,将有助于改进催化剂和传感器平台。

通过测试

2021年3月,海军研究实验室用移动测试单元对爆炸物传感器等进行测试。他们用蒸汽试验台在室外进行了实地试验。实验人员选择一种爆炸分子,并将其传送到传感器系统,观察系统反应。

美国国土安全部要求技术需要足够的灵活性,预测并适应可能在几年后出现的威胁。目前该技术可以针对当前威胁的特定分子调整催化剂以及生物标记物,因此,该技术优点在于它的灵活性。

Gregory和Ricci开发的传感器经过了很长一段时间的测试和改进,在化学探测器方面的工作已经发展到可以用于许多应用领域,包括基于无人机平台部署传感器,帮助保护学校、购物中心或宗教场所等。由于传感器体积小、重量轻,它们可以安装在无人机上,从而带来许多新的应用。例如,无人机需要非常轻的便携式电源。

同时两位研究人员还在研究传感器阵列,以区分不同的爆炸物或威胁。Ricci说:“我们需要一系列传感器阵列,在前提存在的情况下检测特定爆炸物。如果有三种不同的爆炸物,我们可能需要从其他爆炸物中辨认出其中那一种。

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