SKOLTECH UTILIZZA LA STAMPA 3D SU UN CHIP PER CREARE UN “NASO ELETTRONICO”
I RICERCATORI DI SKOLTECH EI LORO COLLEGHI PROVENIENTI DA RUSSIA E GERMANIA HANNO SVILUPPATO E STAMPATO SU UN CHIP UN “NASO ELETTRONICO”, UN SENSORE DI GAS MULTISENSORE. QUESTO SVILUPPO SERVE COME PROVA DI CONCETTO PER SENSORI SENSIBILI A BASSO COSTO CHE POSSONO ESSERE UTILIZZATI NELL’ELETTRONICA PORTATILE E NELLA SANITÀ.
I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista ACS Applied Materials Interfaces.
Nel contesto del rapido sviluppo dell’Internet of Things (IoT) e dei moderni metodi di diagnostica medica, la richiesta di sistemi di analisi dei gas compatti, economici, a risparmio energetico, ma allo stesso tempo sufficientemente sensibili e selettivi, come il ” naso elettronico “, che può essere utilizzato nella diagnostica non invasiva delle malattie respiratorie, sta crescendo i sistemi umani, in particolare la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO). A tal fine, Skoltech ha sviluppato un sistema di sensori compatto, che utilizza sensori in grado di riconoscere componenti di miscele di gas complesse e lavorare quasi sullo stesso principio del naso umano, riporta il servizio stampa di Skoltech .
Un modo per creare un “naso elettronico” si basa sull’uso di tecnologie di produzione additiva, che consentono di creare i dispositivi più complessi. L’idea originale per questo progetto appartiene ai ricercatori di Skoltech: il ricercatore senior di Skoltech Fyodor Fedorov, il professor Albert Nasibulin, il ricercatore Dmitry Rupasov ei loro colleghi hanno sviluppato un “naso elettronico” multisensoriale. Utilizzando una tecnica di stampa 3D, hanno stampato pellicole di ossido nanocristallino di otto metalli – manganese, cerio, zirconio, zinco, cromo, cobalto, stagno e titanio – su un chip con più elettrodi collegati.
“Nel nostro lavoro abbiamo utilizzato la stampa con microplotter con inchiostro basato su soluzioni vere, che sono state poi trasformate in ossidi. I risultati ottenuti sono preziosi da diversi punti di vista. Innanzitutto, la risoluzione di stampa è paragonabile alla spaziatura degli elettrodi sul chip, che è stata ottimizzata per una maggiore comodità di misurazione. Pertanto, abbiamo dimostrato la compatibilità di queste tecnologie. In secondo luogo, siamo stati in grado di utilizzare ossidi di vari metalli, che hanno permesso di ottenere un segnale più ortogonale dal chip e quindi aumentare la selettività del sensore. Si può anche presumere che questa tecnologia abbia riproducibilità e possa essere facilmente implementata nell’industria per la fabbricazione di chip con caratteristiche simili, che è veramente importante per la produzione di sensori di tipo “naso elettronico”,
Esperimenti hanno dimostrato che il “naso elettronico” è in grado di rilevare la differenza tra i vapori di diversi alcoli – metanolo, etanolo, isopropanolo e n-butanolo, che sono molto simili nella composizione chimica e sono difficili da distinguere a basse concentrazioni nell’aria . Inoltre, rilevare il metanolo altamente tossico nelle bevande e identificare le differenze tra metanolo ed etanolo è importante in termini di protezione della salute e della vita umana.
In questo progetto, l’elaborazione dei dati è stata effettuata con il metodo dell’analisi discriminante lineare (LDA) utilizzando un algoritmo di riconoscimento del modello, tuttavia, ciò non esclude la possibilità di utilizzare altri algoritmi di apprendimento automatico per questo scopo.
Sebbene il funzionamento del dispositivo sia ancora garantito a temperature relativamente elevate – 200-400 ° C, i ricercatori ritengono che sia possibile aumentare la sensibilità e garantire il funzionamento dei sensori a temperatura ambiente utilizzando nuovi materiali quasi bidimensionali, in particolare, MXeni, grafene e altri. Gli scienziati intendono continuare a lavorare in questa direzione e, in particolare, ottimizzare i materiali utilizzati per ridurre il consumo energetico. Lo studio è stato condotto con la partecipazione di specialisti dell’Istituto di Chimica Generale e Inorganica. N.S. Kurnakov RAS, Università tecnica statale di Saratov. Yu.A. Gagarin, Istituto di tecnologia di Karlsruhe (Germania), Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (MIPT) e Breitmeier Messtechnik GmbH (Germania).
