В Сколтехе с помощью 3D-печати на чипе создан «электронный нос»

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
28.01.2021
2075
8
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

7

Исследователи Сколтеха совместно с коллегами из России и Германии разработали и напечатали на чипе «электронный нос» — мультисенсорный газовый датчик. Разработка служит подтверждением концепции создания недорогих чувствительных датчиков, которые могут использоваться в портативной электронике и здравоохранении.

Плата матрицы электронного носа из восьми датчиков. Источник: Sonia Freddi et al / Advanced Healthcare Materials

В условиях стремительного развития Интернета вещей (IoT) и современных методов медицинской диагностики растет и спрос на компактные, экономичные, энергосберегающие, но при этом достаточно чувствительные и селективные газоаналитические системы, такие как «электронный нос», которые могут применяться в неинвазивной диагностике заболеваний органов дыхательной системы человека, в частности хронической обструктивной болезни легких. С этой целью в Сколтехе разработана компактная сенсорная система с датчиками, способными распознавать компоненты сложных газовых смесей и работающими практически по тому же принципу, что и нос человека. 

Один из способов создания «электронного носа» основан на использовании технологий аддитивного производства, позволяющих создавать сложнейшие устройства. Первоначальная идея проекта принадлежит исследователям Сколтеха: старший научный сотрудник Федор Федоров, профессор Альберт Насибулин, научный сотрудник Дмитрий Рупасов и их коллеги разработали мультисенсорный «электронный нос». Используя технику 3D-печати, они нанесли на чип с несколькими подключенными электродами нанокристаллические пленки из оксидов восьми металлов — марганца, церия, циркония, цинка, хрома, кобальта, олова и титана.  

«В нашей работе мы использовали микроплоттерную печать чернилами на основе истинных растворов, которые далее были трансформированы в оксиды. Полученные результаты представляют ценность с нескольких точек зрения. Во-первых, разрешение печати сравнимо с расстоянием между электродами на чипе, который был оптимизирован для повышения удобства измерений. Таким образом мы продемонстрировали совместимость этих технологий. Во-вторых, нам удалось использовать оксиды различных металлов, что позволило получить более ортогональный сигнал от чипа и тем самым повысить селективность датчика. Можно также предположить, что эта технология обладает воспроизводимостью и может быть легко внедрена в промышленность для изготовления чипов с аналогичными характеристиками, что действительно важно для производства датчиков типа «электронный нос»», — рассказывает Федор Федоров.

В ходе экспериментов показано, что «электронный нос» способен улавливать разницу между пара́ми различных спиртов — метанола, этанола, изопропанола и н-бутанола, которые очень схожи по химическому составу и при низких концентрациях в воздухе трудно различимы. Кроме того, обнаружение высокотоксичного метанола в напитках и выявление различий между метанолом и этанолом имеет важное значение с точки зрения охраны здоровья и жизни людей.  

Обработка данных выполнялась методом линейного дискриминантного анализа (LDA) с использованием алгоритма распознавания образов, однако, это не исключает возможность применения для этой цели и других алгоритмов машинного обучения. 

Хотя пока устройство работает при относительно высоких температурах от 200 до 400°С, исследователи полагают, что повысить чувствительность и обеспечить работу датчиков при комнатной температуре можно, используя новые квазидвумерные материалы, в частности MXenes, графен и другие. Ученые планируют продолжить работу в этом направлении и, в частности, оптимизировать материалы, используемые для снижения энергопотребления. 

Исследование проводилось с участием специалистов Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН, Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина, Технологического института Карлсруэ (Германия), Московского физико-технического института (МФТИ) и компании Breitmeier Messtechnik GmbH (Германия). 

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials Interfaces

Сколтех — негосударственный международный университет, созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT). Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях. 

Пресс-релиз

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

7
Комментарии к статье

Комментарии

28.01.2021 в 12:50
0

Только, понимашь, хотел както наконец правдивый позитив прочтитать - но, видимо, не в этот раз. 

Вроде все круто: фотка прибора, наукообразное изложение, в конце вот это вот бравурное белиберда "Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях." ( ну без этого никуда). 

Но тут вчитался: 

Хотя пока устройство работает при относительно высоких температурах от 200 до 400°С, 

вот тебе на. Но на фото - обычный показан моноблочный монтаж, даже прямо и с разъемом? Обычная плата. обычная пайка. Хотя очевидно - что блок датчиков при работе только при высокой температуре - однозначно должен иметь и отдельный корпус и термостойкий кабель и т.д. и т.п. 

Это я к тому, что штучка на фото - просто ее даже внешний вид - исключает работу в заявленных температурных режимах, сорри. Этого не может быть да никто так и не сделает сборку. Что то тут не то. Впрочем, когда в статье упор на сколтех и нанотехнологии (хотя вроде уже бы пора угомониться) обязательно будет какойто лютый технотрэш. 

28.01.2021 в 17:12
0

Судя по источнику фотографии, явно далёкому от Сколково, что плата на первой картинке являет пример самой идеи газоанализатора. Текст же относится ко второй картинке: квадратик керамического вида без дополнительных деталей.

28.01.2021 в 19:50
0

Судя по источнику фотографии, явно далёкому от Сколково

Не угадали. См. ссылку во втором абзаце.

28.01.2021 в 12:57
0

даже не надо быть профэссором Сколтеха, чтобы скумекать, что при 400 даже силикон плавится. Поэтому для таких температур специальные компаунды применяются, с наполнителями и т.д. Да и пайка другими припоями осуществляется ))) 

Кто сумлевается, либо там эти наноучоные, могут в банальную домашнюю духовку это поделие поместить (там ниже тепература) и потом фотку выложить. Если это и нос - то это тот нос, который при попытке наврать самоотрастает.

28.01.2021 в 19:56
1

И как это я за двадцать с лишним лет курения не воспламенился? Объясните, маэстро.

28.01.2021 в 21:49
0

И как это я за двадцать с лишним лет курения не воспламенился? Объясните, маэстро.

спрашиваете - объясняю. На фотке плата напаяна элементами т.н. SMD-монтажа. Это такой метод поточного выпуска (платы с пастой проходят через туннель нагрева). При этом видно - что эти элементы понапаяны вручную (оч. грубо). Это понятно, поскольку это единичный экземпляр, а SMD технолоия предполагает автоматическую не только пайку но и установку элементов на плату. 

По сути, их даже не паялником паяют, а горячим воздухом, феном. 

Сами эти элементы таковы, что они весьма чувствительны к температуре. Просто при пайке выходят из строя. 

При данном процессе 250-300 град и очень кратковременно. 

В статье же описано, что 200-400 это рабочая температура датчиков. Следовательно - долговременно воздействует. Опять же следовательно - все оотпаяется и поплавится нафиг. 

Тугоплвкие припои там всякие серебро и т.п. тут тоже не могли применяться - элементы просто не предназнаяены для такой пайки, там надо тогда другие + теплоотвод. 

Может, конечно, данная конструкция у них там в Сколково и работает. Но по виду - она не может маломальски долговременно работать в заявленом диапазоне температур 200-400. 

28.01.2021 в 22:53
1

Следовательно - долговременно воздействует.
она не может маломальски долговременно 

А зачем долговременно? 

01.02.2021 в 17:34
0

Помнится мне, на TedX пару лет назад видел одного еврея, который придумал дешёвый способ определять по запаху заболевания раком. При комнатной температуре! 

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Яйца с сюрпризом, или готовимся к пасхе...

Камень из Hearthstone

Скоро косить #2

20-процентные скидки на наборы пластиков для 3D-печати от REC

Супер подсветка - конструктор

Как я решил свой принтер собрать