Ученые создают датчик на чипе для мониторинга экосистем

Опубликовано: 30.01.2022

Профессора Джуеджан Ху (Juejun Hu) и Чаовинг Ни (Chaoying Ni) из Департамента материаловедения и инженерии Университета штата Делавэр, США, создают небольшие, высокочувствительные приборы, которые будут способны обнаруживать в окружающей среде незначительные количества органических, неорганических и биологических частиц, на молекулярном уровне.

“Мы пытаемся добиться очень высокой чувствительности, создавая наноструктуры, способные обнаруживать химические молекулы, – сказал Ху, доцент, ведущий исследователь проекта. – В дальнейшем, наши исследования, мы надеемся, приведут к созданию устройств, которые будут помещаться в небольшие блоки с питанием от батарей, и заменят более дорогие и громоздкие традиционные молекулярные детекторы.

Основной проблемой на пути внедрения небольших датчиков является то, что новая технология все еще менее чувствительна, чем применяемые в настоящее время инструменты. Проект, над которым работает команда ученых, направлен на создание таких датчиков, которые позволят преодолеть эти препятствия. «Эти новые датчики, которые мы разрабатываем, – сказал Ни, – обладают очень важной особенностью: хотя они очень малы, но они очень чувствительные».

Исследователи, использовали ионный пучок, чтобы пробить отверстия в тонкой полоске халькогенидного стекла (CHG) в несколько микрон, или, для наглядности, около одной десятой ширины волоса. Когда свет проходит через такую полоску, молекулы среды избирательно поглощают один цвет или несколько конкретных цветов в его спектре.

“В конце концов, мы хотим создать устройства намного чувствительнее, чем имеющиеся технологии, на два – три порядка белее чувствительные, – сказал Ху Джуеджан. – После их интегрирования, это будет блок размером с хоккейную шайбу, который можно будет разместить незаметно в окружающей среде”

Начав свою работу, год назад, исследователи уже успешно создали несколько чипов, хотя при этом они и столкнулись с некоторыми проблемами. “Изготовление устройств было крайне трудно, – сказал Ни. – Отверстия в стекле должны были быть пробиты с очень большой точностью. Вот почему мы использовали для этой цели сфокусированный ионный пучок – оказалось, что именно его использование идеально подходит для нашего проекта”.

Он добавил, что как только технология станет достаточно чувствительной, датчики размером с чип станут, полезны и в других областях, в том числе и в биомедицине. «Мы могли бы предложить использовать наши приборы для диагностики некоторых заболеваний путем анализа дыхания пациента, – сказал он. – Разрабатываемые нами датчики смогли бы обнаруживать следы определенных молекул в выдыхаемом пациентами воздухе».