La production de capteurs hautement sensibles est un processus complexe :il nécessite de nombreuses étapes et l'environnement presque sans poussière des salles blanches spéciales. Une équipe de recherche de la science des matériaux de l'Université de Kiel (CAU) et du génie biomédical de l'Université technique de Moldavie a maintenant développé une procédure pour produire des capteurs extrêmement sensibles et économes en énergie en utilisant l'impression 3D. La méthode de production simple et économique convient également à la production industrielle, l'équipe a récemment expliqué dans la revue spécialisée renommée Nano énergie . Leur capteur, qu'ils présentent ici, est capable de mesurer avec précision la concentration de vapeur d'acétone en utilisant une structuration spéciale au niveau nano. Comme la concentration d'acétone dans l'haleine est en corrélation avec les niveaux de sucre dans le sang, l'équipe de recherche espère avoir fait un pas vers la production d'un test respiratoire pour les diabétiques qui pourrait remplacer le contrôle quotidien de leur glycémie par des piqûres au doigt.

Une plus grande surface rend le capteur plus sensible

La surface particulière des nouveaux capteurs est visible au microscope électronique à haute résolution :des molécules de gaz comme l'acétone s'emmêlent particulièrement facilement dans un fourré de nanofils d'environ 20 nanomètres de diamètre. Les nano-fils/pointes augmentent la taille de la surface du capteur et créent ainsi son haut niveau de sensibilité. "Pour fabriquer cette structure spéciale, nous chauffons de simples microparticules de métal jusqu'à ce que de nombreux nanofils et nanopointes se forment dessus. Avec une encre spécialement développée, nous pouvons appliquer ces particules avec précision sur diverses surfaces à l'aide d'une imprimante 3D, " dit Léonard Siebert, expliquant ce que l'on appelle « l'écriture directe à l'encre ». En tant que doctorant au sein du groupe de travail Nanomatériaux fonctionnels du CAU, il recherche des technologies de production additive telles que l'impression 3D, entre autres.

Procédure à multiples facettes pour l'acétone et d'autres gaz

Grâce à leur concept de capteur spécial, le processus d'impression 3D automatisé présenté dans l'étude peut être réalisé à l'air ambiant normal. De cette façon, plusieurs capteurs sont créés en même temps en quelques minutes, quelque chose qui prenait quelques heures dans les salles blanches. La matière première peut également être variée de manière ciblée, changer la taille et la structure et permettre la détection d'un certain gaz. "C'est encore, tout d'abord, Recherche basique, mais ce principe pourrait être utilisé à l'avenir pour développer des capteurs d'hydrogène ou d'autres gaz explosifs et dangereux, " Professeur Rainer Adelung, chef du groupe de travail à l'Université de Kiel, est convaincu.

Les particules métalliques servant de matériau de départ pour les capteurs doivent avoir une certaine taille afin de former les fils spéciaux et les nanopointes. « Le bon rapport élevé entre la surface et le volume est crucial, " a expliqué le Dr Oleg Lupan du génie biomédical à l'Université technique de Moldavie. En tant que boursier Humboldt, il a étudié ce processus pendant six mois dans le cadre du groupe de travail à Kiel. Ce qui est avantageux pour la sensibilité des capteurs s'avère être un défi lorsqu'il s'agit de leur production :alors que des particules plus petites peuvent être facilement appliquées sur des surfaces en utilisant des techniques établies telles que les systèmes de pulvérisation ou d'évaporation sous vide, les microparticules utilisées ici sont déjà trop grosses pour cela. "Pour cette raison, nous avons envisagé l'utilisation d'imprimantes 3D pour appliquer les microparticules, " a déclaré le scientifique des matériaux Siebert. " La connaissance des matériaux et des dispositifs de collègues de l'Université technique de Moldavie et notre expérience dans les nanomatériaux et l'impression 3D se complètent parfaitement ici. "

L'efficacité énergétique permet des applications mobiles

Lorsque les molécules organiques rencontrent les nombreux fils du capteur fini, ils réagissent fortement les uns aux autres. En faisant cela, ils modifient la résistance du capteur et libèrent des signaux clairement mesurables. En principe, cependant, seul un très petit volume d'électricité passe à travers les fils minces. "Donc, nos capteurs n'utilisent que très peu d'énergie, " explique Lupan. " Cela rend envisageable de petits appareils de mesure portables, trop, qui peut être lu directement via smartphone, par exemple."

Les chercheurs espèrent que cela pourrait permettre une utilisation future des capteurs dans les mobiles, alcootests portables pour diabétiques. Au lieu de vérifier leur glycémie par piqûre au doigt plusieurs fois par jour, les diabétiques pouvaient mesurer la teneur en acétone de leur haleine. Le produit métabolique est créé lorsqu'il y a un manque d'insuline et il est émis par la respiration. Les capteurs très sensibles pourraient déterminer des valeurs d'acétone inférieures à 1 ppm (particules par million de molécules d'air), a rapporté l'étude, tandis que l'haleine des personnes atteintes de diabète de type I ou II a une teneur en acétone de plus de 2 ppm.