Un très sensible, un capteur de gaz portable pour la surveillance de l'environnement et de la santé humaine pourrait bientôt devenir disponible dans le commerce, selon des chercheurs de Penn State et de la Northeastern University.

Le dispositif de capteur est une amélioration par rapport aux capteurs portables existants car il utilise un mécanisme d'auto-échauffement qui améliore la sensibilité. Il permet une récupération et une réutilisation rapides de l'appareil. D'autres appareils de ce type nécessitent un chauffage externe. En outre, d'autres capteurs portables nécessitent un processus de lithographie coûteux et long dans des conditions de salle blanche.

Main et bras montrant le capteur appliqué à l'écriture intérieure avec une lecture de la taille d'un téléphone mobile à côté.

"Les gens aiment utiliser les nanomatériaux pour la détection car leur rapport surface/volume élevé les rend très sensibles, " a déclaré Huanyu Cheng, professeur assistant en sciences de l'ingénieur et mécanique et science et ingénierie des matériaux, État de Penn. "Le problème est que le nanomatériau n'est pas quelque chose que nous pouvons facilement connecter avec des fils pour recevoir le signal, nécessitant le besoin de ce qu'on appelle des électrodes interdigitées, qui sont comme les chiffres de votre main."

Cheng et son équipe utilisent un laser pour modeler une seule ligne très poreuse de nanomatériau similaire au graphène pour les capteurs qui détectent le gaz, biomolécules, et à l'avenir, chimiques. Dans la partie non sensible de la plate-forme de l'appareil, l'équipe crée une série de lignes serpentines qu'ils enduisent d'argent. Quand ils appliquent un courant électrique à l'argent, la zone de détection de gaz se réchauffera localement en raison d'une résistance électrique nettement plus grande, éliminant le besoin d'un appareil de chauffage séparé. Les lignes sinueuses permettent à l'appareil de s'étirer, comme des ressorts, pour s'adapter à la flexion du corps pour les capteurs portables.

Les nanomatériaux utilisés dans ce travail sont l'oxyde de graphène réduit et le bisulfure de molybdène, ou une combinaison des deux; ou un composite d'oxyde métallique constitué d'un noyau d'oxyde de zinc et d'une enveloppe d'oxyde de cuivre, représentant les deux classes de matériaux de capteurs de gaz largement utilisés :les nanomatériaux de faible dimension et les oxydes métalliques.

"Utiliser un CO 2 laser, souvent trouvé dans les ateliers d'usinage, nous pouvons facilement faire plusieurs capteurs sur notre plateforme, " a déclaré Cheng. "Nous prévoyons d'avoir des dizaines à une centaine de capteurs, chacun sélectif à une molécule différente, comme un nez électronique, pour décoder plusieurs composants dans un mélange complexe."

La Defense Threat Reduction Agency des États-Unis s'intéresse à ce capteur portable pour détecter les agents chimiques et biologiques qui pourraient endommager les nerfs ou les poumons, selon les chercheurs. Une entreprise de dispositifs médicaux travaille également avec l'équipe pour augmenter la production pour le suivi de la santé des patients, y compris la détection de biomarqueurs gazeux du corps humain et la détection environnementale de polluants pouvant affecter les poumons.

Ning Yi, doctorant au laboratoire de Chen et co-auteur principal de l'article publié en ligne dans le Journal de la chimie des matériaux A , mentionné, "Dans ce document, nous avons montré que nous pouvions détecter le dioxyde d'azote, qui est produit par les émissions des véhicules. Nous pouvons également détecter le dioxyde de soufre, lequel, avec le dioxyde d'azote, provoque des pluies acides. Tous ces gaz peuvent être un problème en matière de sécurité industrielle."

Les chercheurs ont déclaré que leur prochaine étape consiste à créer des réseaux à haute densité et à essayer quelques idées pour améliorer le signal et rendre les capteurs plus sélectifs. Cela peut impliquer l'utilisation de l'apprentissage automatique pour identifier les signaux distincts des molécules individuelles sur la plate-forme.