麻省理工学院开发出可检测有毒气体的高灵敏度可穿戴传感器
2016-07-09 07:16:35   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的研究员们展示了一款新型可穿戴化学传感器，将该传感器连接智能手机或可穿戴设备，就可以用来检测微量的有毒气体。

这款新研发的传感器的重量和信用卡差不多，制作成本仅为一镍币（5美分）。该技术降低了射频识别（RFID)标签的价格，使其能够更广泛地运用于人身安全和安保。这种标签可以佩戴在战地士兵的身上，实现神经性毒气或窒息性毒剂等化学武器的快速检测。该传感器也可以服务于高危化学品易泄露区域的工作人员。

John D. MacArthur机构的化学教授Timothy Swager作为主要作者，在美国化学学会期刊上发表了一篇关于该化学传感器的文章，Swager指出：“士兵们有过很多类似的随身携带设备，但这些设备往往过于沉重，因此他们不能承受而放弃之。

“我们的化学传感器可以做到比一张信用卡还轻，而且士兵们已经配备了无线技术，因此，完全可以将化学传感器整合到士兵的制服中，为他们带来防护功能。”

该传感器是一款由碳纳米管（一种常规的高导电材料）组成的电路。该团队在纳米管周围包裹绝缘材料，从而让这些纳米管处于高阻状态。一旦传感器接触到特定的有毒气体，绝缘材料便会分离，从而使纳米管电路的导电性提高，此时，通过近距离无线通信（NFC）技术（一种帮助设备在短距离内传输数据的技术），便能够发送出智能手机能够读取的信号。

根据麻省理工学院的信息显示，这款传感器非常灵敏，可以在5秒内检测到浓度低于百万分之十的有毒气体。

麻省理工学院开发的新款射频传感器

Swager说：“我们开发的新款化学传感器可以达到台式实验室设备所具备的功能，如气相色谱法气体分析仪和光谱仪，上述设备和这款化学传感器相比价格贵很多，并且使用时需要熟练的操作人员。”

1克碳纳米管材料可以制造约四百万个化学传感器，其生产成本可以降到大约一镍币（5美分）。

“再也造不出比这更便宜的化学传感器了，”Swager表示，“该传感器能够使分布式传感技术服务于更多的人。”

为了建立无线系统，研究员们开发了一款NFC标签，当它的电阻下降到特定阈值时，该NFC标签就会自动启动。

智能手机通过发出与NFC标签无线频率配对的电磁场短脉冲，使NFC标签产生电流，从而将信息传递到手机上。但是，智能手机无法与电阻高于1欧姆的NFC标签实现配对。

Swager介绍说：“研究员们将纳米管/高分子材料运用于NFC标签的天线。当暴露于浓度为百万分之十的二氯氧硫(SOCl2)中达到5秒时，该材料的电阻会降到使智能手机能够与NFC标签实现配对的临界值，实际上，这就指示了周围是否存在有毒气体。”

团队下一步目标是在实验室外使用活性化学试剂进行传感器测试，在室外，这些化学试剂会四处扩散，因此非常难以检测，尤其是微量的化学试剂。未来，研究员们也希望开发一款可以精确测量NFC标签信号强度的手机APP。例如，信号的不同可以显示出有毒气体的浓度高低。