Руски учени създадоха фотонен детектор с „обоняние“ – той ще може да засича различни газове във въздуха

Институтът НИТУ МИСИС разпространи съобщение за пресата, в което съобщава за разработването на свръхчувствителен електронен „нос“ – фотонен детектор за оперативен анализ на съдържанието на различни газове във въздуха. Прототипът показа висока надеждност и способност да различава както молекули на опасни вещества, така и нива на глюкоза и алкохол в човешкия дъх.

Разработката се характеризира с множество усъвършенствани решения, включително нестандартен подход при създаването на миниатюрни газови детектори. Учените са създали условия в сензора, които благоприятстват кондензацията на газовете в течно състояние. След това в действие влиза светлината: особеностите на нейното разпространение в получената течност позволяват точно да се определи съставът на веществото, пулверизирано във въздуха.

Технологията се основава на използването на фотонна интегрална схема, върху чиято повърхност е нанесен слой от наноразмерни топчета силициев диоксид.

Този слой работи като пореста „гъба“: когато газовите молекули навлязат в структурата, настъпва капилярна кондензация. Получената течност променя оптичния път на светлината и тези промени се записват с висока точност. Тези устройства са многофункционални: те могат да се използват за откриване на течове в производството, за наблюдение на качеството на въздуха в градовете и дори за диагностициране на заболявания като диабет чрез анализ на издишания въздух.

Сегашните детектори за газ имат редица недостатъци: те са обемисти, чувствителни към промени в температурата и влажността или използват електрически ток, чиято искра може да предизвика експлозия при определени условия. За разлика от тях разработката на руските учени е лишена от тези недостатъци. Въпреки това постигането на този успех не беше лесно.

Предизвикателството беше да се нанесе равномерно слой от нанокълба, така че повърхността на сензора да бъде покрита с тях възможно най-хомогенно. Прилагането на микрофлуидната технология позволи да се създаде равномерен слой с плътност на покритието 59%, който осигури висока чувствителност и устойчивост на външни въздействия. Кондензацията на газови молекули върху повърхността на топчетата променя резонансните честоти на средата и тези промени се отчитат с помощта на лазерна светлина, подавана през вълноводи. Методът е абсолютно безопасен и осигурява висока точност.

Перспективите за приложение на подобни детектори са много широки: от неинвазивна диагностика на диабет чрез анализ на ацетон в дъха до наблюдение на изтичане на опасни газове в производството и контрол на замърсяването в градската среда.

Сега учените се съсредоточават върху подобряване на производствените възможности, за да се даде възможност за масово производство на новите сензори. Изследователският екип описва потенциала на сензорите и техния дизайн в списание Nanoscale.

„Целта ни беше не само висока точност, но и възможност за производство: такива сензори да могат да се произвеждат масово и да се прилагат. Надявам се, че в близко бъдеще ще успеем да доведем нашата разработка от експериментален образец до пълноценен продукт.“

обобщи Вадим Ковалюк, доктор на науките, ръководител на Лабораторията за фотонни газови сензори в НИТУ МИСИС