Scientifiques de Trinity et AMBER, le SFI Research Center for Advanced Materials and BioEngineering Research, ont découvert un moyen de fabriquer de minuscules capteurs de gaz à changement de couleur en utilisant de nouveaux matériaux et une forme d'impression 3D haute résolution.

Les capteurs—réactifs, imprimé, structures optiques microscopiques - peuvent être surveillées en temps réel, et utilisé pour la détection des vapeurs de solvant dans l'air. Il existe un grand potentiel pour que ces capteurs soient utilisés dans des environnements connectés, appareils à bas prix pour les maisons, ou intégrés dans des dispositifs portables utilisés pour surveiller la santé humaine.

La plupart des gens passent une grande partie de leur vie à l'intérieur des maisons, voitures, ou environnements de travail, donc la capacité de surveiller à moindre coût et avec précision les niveaux de polluants, par exemple, pourrait changer la donne dans un contexte de santé et de bien-être.

Le travail a été dirigé par Larisa Florea, Professeur assistant à la Trinity's School of Chemistry, et chercheur principal chez AMBER, en collaboration avec Louise Bradley, Professeur à la Trinity School of Physics, et réalisée au CRANN, le Trinity Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices. Collaborateur industriel et leader dans le domaine de la détection de gaz, Dr Radislav Potyrailo de GE Research, Niskayuna New York, a également été impliqué tout au long.

Les résultats de l'équipe viennent d'être publiés dans le cadre d'un numéro spécial présentant les travaux du professeur Florea en tant que chercheur émergent dans le Journal de la chimie des matériaux C .

Auteur principal de l'article de revue, Dr Colm Delaney, de la Trinity's School of Chemistry et chercheur à AMBER, mentionné:

« Il y a plus de 300 ans, Robert Hooke a d'abord étudié les couleurs vibrantes sur l'aile d'un paon. Ce n'est que des siècles plus tard que les scientifiques ont découvert que la coloration effervescente n'était pas causée par les pigments traditionnels mais par l'interaction de la lumière avec de minuscules objets sur la plume, objets qui ne mesuraient que quelques millionièmes de mètre.

"Nous avons pris cette conception biologique, vu tout le chemin d'une pie à un caméléon, pour faire des matériaux vraiment passionnants. Nous y parvenons en utilisant une technique connue sous le nom d'écriture laser directe (DLW), qui nous permet de focaliser un laser dans un endroit extrêmement petit, et de l'utiliser ensuite pour fabriquer de minuscules structures en trois dimensions à partir des polymères mous que nous développons en laboratoire."

Collaborateur sur le projet, Professeur de photonique à Trinity, Louise Bradley, un chercheur financé à AMBER, ajoutée:

« Les recherches que nous menons entre les deux groupes portent sur le design, la modélisation, et la fabrication de ces structures minuscules dans des matériaux sensibles aux stimuli. Jing Qian, un doctorat fantastique. étudiant dans mon laboratoire a passé beaucoup de temps à développer des conceptions, et prédire la réponse de différentes structures, que nous pouvons faire répondre à la lumière, Chauffer, et l'humidité pour créer des systèmes qui peuvent vraiment recréer la vivacité, réponse furtive, et la capacité de camouflage trouvée dans la nature. Les minuscules tableaux réactifs, qui sont plus petites qu'une tache de rousseur, peut être utilisé pour nous en dire énormément sur la chimie de leur environnement."

Pourquoi sont minuscules, capteurs colorés utiles? Alors que les capteurs physiques traditionnels ont renforcé un marché de la vie connectée, il existe un décalage dans le low-cost, plates-formes de détection chimique adaptables pouvant être utilisées.

Les capteurs photoniques ont fait des progrès considérables dans la production d'alternatives précises et robustes, avec une consommation électrique minimale, faibles coûts d'exploitation et haute sensibilité. C'est un domaine que le Dr Potyrailo et GE Research ont travaillé à commercialiser pendant de nombreuses années.

Professeur Larisa Florea, de la Trinity's School of Chemistry et d'AMBER, mentionné:

"Nous avons créé du responsive, imprimé, des structures optiques microscopiques contrôlables en temps réel, et utilisé pour la détection de gaz. La capacité d'imprimer un tel matériau optiquement réactif a un potentiel profond pour leur incorporation dans connecté, dispositifs de détection à bas prix pour les maisons, ou dans des dispositifs portables pour surveiller les analytes.

"Nous passons la majorité de notre vie à l'intérieur de nos maisons, voitures, ou environnements de travail. Les modèles suggèrent que la concentration de polluants peut être comprise entre 5 et 100 fois la concentration trouvée à l'extérieur. C'est une pensée obsédante lorsque l'on considère que l'Organisation mondiale de la santé suggère que 90% de la population mondiale vit dans des zones qui dépassent les limites acceptables des normes atmosphériques. Ces polluants peuvent être influencés par l'air ambiant, présence chimique, parfums, qualité de la nourriture, et l'activité humaine et ont un effet profond sur notre santé.

"À ce jour, les capteurs de gaz intérieurs se sont concentrés presque uniquement sur les fuites, fumée, et détection du dioxyde de carbone. Même des avancées itératives, pour inclure l'humidité relative, niveaux d'oxygène, gaz carbonique, les carbones organiques volatils (COV), et l'ammoniac en temps réel pourrait jouer un rôle énorme dans le développement d'un écosystème national de surveillance de l'environnement. Cela pourrait garantir que la surveillance de la santé et du bien-être devienne un élément central de l'avenir de la construction et de l'automatisation de la maison. »