С помощью 3D-печати на чипе создан «электронный нос»
В условиях быстрого развития Интернета вещей (IoT) и современных методов медицинской диагностики растет спрос на компактные, экономичные, энергосберегающие и чувствительные селективные газоаналитические системы, такие как «электронный нос» для неинвазивной диагностики заболеваний органов дыхательной системы человека, Для этой цели Сколтех разработал компактная сенсорная система, в составе которой используются датчики, распознающие компоненты сложных газовых смесей: старший научный сотрудник Сколтеха 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, а, благодаря микроплоттерной печати чернилами на основе истинных растворов, которые далее были трансформированы в оксида, исследователи продемонстрировали совместимость этих технологий. Используя оксиды различных металлов специалисты получили ортогональный сигнал от чипа и повысили селективность датчика. Федор Федоров заверяет, что эта технология обладает воспроизводимостью и может быть легко внедрена в промышленность для изготовления чипов с аналогичными характеристиками.
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.В данном проекте обработка данных выполнялась методом линейного дискриминантного анализа (LDA) с использованием алгоритма распознавания образов.
Хотя работа устройства обеспечивается при относительно высоких температурах − 200-400 оС, 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 им. Н.С. Курнакова РАН, Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина, Технологического института Карлсруэ (Германия), Московского физико-технического института (МФТИ) и компании Breitmeier Messtechnik GmbH (Германия).
