Как Работят Химически Сензорните Устройства

{h1}

Химическите сензорни устройства не са само за откриване на газ радон и въглероден оксид. Научете къде и как се използват в WordsSideKick.com.

Вдишването и излизането е нещо, което нашите тела правят, без да се налага да мислим за това. Всъщност рядко дори обмисляме въздуха около нас, докато качеството по някакъв начин е ниско - може би от дима на близък огън или смога, обгръщащ нашите многолюдни градове.

Но може да има опасни газове, които не винаги се виждат. Въглеродният окис и радон са два примера за смъртоносни замърсители на въздуха, които са напълно невидими. Не осъзнаваме, че сме отровени от въздуха, който дишаме, докато не стане твърде късно. За щастие, тези газове не са толкова разпространени и с помощта на малко технология за химически сензори можем да позволим на въглеродния окис и радоновите детектори да ни притесняват.

Химическите сензори са полезни далеч от самото откриване на смъртоносни газове. Тези устройства могат да бъдат намерени в нашите домове, болници и военни. Има много различни видове сензори, които откриват различни целеви молекули (известни също като аналити). Въпреки че сензорите работят по различни начини, същността е, че химичното взаимодействие се случва между аналита и нещо в сензора, а устройството издава измерим сигнал - звуков сигнал или промяна на цвета, за да ни предупреди за наличието на целевата молекула.

Въпреки разликите в конструкцията на сензорите, има няколко водещи принципа, които правят всеки сензор добър. Идеалният е евтин, безупречен и преносим. Най-важното е, че всеки химически сензор има две жизненоважни характеристики: селективност и чувствителност. В света има повече от 10 милиарда молекулярни вещества, така че избирателното откриване на едно вещество не е малък подвиг [източник: Национален съвет за научни изследвания]. Чувствителността е също изключително важна за откриване на химикали от значително разстояние или за опит за намиране на много ниски концентрации на целевата молекула. Други важни характеристики на сензора са времето за реакция, размера на опаковката и ограничението на откриване - най-малкото количество вещество, което може да бъде открито.

Толкова чувствителни! Как сензорите разпознават целевите молекули

Толкова чувствителни! Как сензорите разпознават целевите молекули

Детекторът за въглероден окис може да ви предпази от отравяне от газове. БанкиФото / Гети изображения

Учените и инженерите са разработили различни сензори за различни цели и както можете да си представите, всички те имат свои собствени начини на работа. В крайна сметка, вероятно комплектът за тест за бременност няма същия механизъм за откриване като радонов детектор, нали?

Всички химически сензори са насочени към някакъв вид аналит, но това, което се случва, когато аналитът е в сензора, е мястото, където се появяват разликите. Например, сензорът може да свърже аналита (помислете за механизъм за заключване и ключ, но на молекулно ниво). Или сензорът може да бъде настроен така, че аналитът избирателно да преминава през тънък филм. Представете си, че филмът е химически вратар, който пуска само целевата молекула и спира всичко останало да влезе. Този тип сензор има положителната характеристика на непрекъснато използване за многократна употреба. Трета форма на сензор използва аналита при химическа реакция, която генерира продукт, който създава четим сигнал [източник: Национален съвет за научни изследвания]. Тези три много широки механизма покриват работата на повечето сензори, но все още има други видове.

Например, съществуват електрохимични сензори с директно четене, които използват дифузията на заредени молекули, за да търсят промени в тока, проводимостта или потенциала, за да проверят дали е наличен целеви аналит. Сензорите за повърхностна акустична вълна използват акустични вълни, изпращани от един електрод до друг по повърхността. Сензорът е проектиран така, че ако скоростта на вълната се промени или загуби интензивност, той сигнализира за наличието на прицелна молекула, свързана с повърхността. Като прави измервания на тези промени, сензорът може дори да може да открие количества от присъстващия материал [източник: Национален съвет за научни изследвания].

Друга готина иновация в технологията за химически сензори се насочва към откриване на присъщи свойства на различни химически цели, вместо да се използва молекулярно взаимодействие за задвижване на откриването. Всяка от различните връзки в молекулите има подписани вибрационни модели, които могат да бъдат открити в инфрачервената област на електромагнитния спектър. Чрез комбиниране на източници на светлина, филтри и детектори на един чип, учените от Масачузетския технологичен институт успяха да открият тези молекулярни отпечатъци, за да усетят цял ​​набор от молекули - от замърсители във вода до електролити в кръвта на новородени [ източник: Бендер].

Как помагат химическите сензори

Без значение как работят, устройствата за химически сензори без съмнение работят за вас. Домът ви вероятно има поне един детектор за радонов газ, дим или въглероден оксид, в зависимост от законите във вашата държава или държава. Много радонови сензори работят, като абсорбират самия радон или откриват радиоактивните продукти на разпадане на леталния газ. Въглеродният окис, от друга страна, не е радиоактивен материал, така че детекторите за този газ работят по различен начин. Един от най-разпространените механизми за този химически сензор е риф на биологията. Тези детектори имитират как въглеродният окис взаимодейства с хемоглобина в кръвта, за да определи присъствието на газа. Друг често срещан детектор в дома е детектор за дим. Докато някои използват радиоактивни материали, за да помогнат да издушат дима, по-голямата част от усещането в димните детектори идва от физическото, а не химическо явление на димните частици, причиняващо смущения, които се усещат от детектора.

Химическите сензорни устройства също имат широко приложение извън дома. Едно от основните места, които ще видите тези устройства в действие, е търсенето на биомолекули в медицински условия. Биомолекулните сензори са по същество специализирани химически сензори. Въпреки че откриват вещества като хормони, всички тези телесни вещества са молекули. В крайна сметка тези сензори са направени с много от същите ръководни принципи като другите химически сензори - селективност, чувствителност и преносимост.

Някои от най-преносимите сензори за биомолекули, за които може би сте наясно, са свързани с измерванията на плодовитостта: тестове за бременност и тестове за овулация. И двата химически сензора откриват наличието на определени хормони в урината. В случай на тестове за бременност, сензорът търси хормона хорионичен гонадотропин (hCG) в урината. Стикът, върху който жената уринира, има антитела, които са покрити с химикал, който се свързва с hCG. Ако биомолекулата присъства, тестът се чете положително [източник: Списание за родители]. Обикновено тези химически сензори имат колориметричен компонент, така че когато аналитът - в този случай hCG - се свързва, задейства промяна в цвета на сензора, което прави отчитането на резултатите доста глупаво.

В клиничната обстановка два от най-често срещаните методи за откриване на биомолекули на химическа основа са ELISA (анализ на имуноабсорбенти, свързан с ензими) и Western blot. В зависимост от размера и вида на въпросната биомолекула и информацията, която искат за молекулата, учените и клиницистите често ще се обръщат към една от тези техники за химическо изследване, за да идентифицират различни аналити в смеси от биомолекули [източници: ThermoFisher Scientific, Mahmood и Yang ].

Научно-фантастичното откриване става реалност

Научно-фантастичното откриване става реалност

Стъклена глава държи сензор на невронния интерфейс, разработен от DARPA, който чете сигнали от мозъка и стимулира невроните за борба със загубата на памет. DARPA инвестира в изследвания за химическо изследване. Стейси Руполо / Чикаго Трибун / TNS чрез Гети Имиджис

Голям двигател за бъдещите направления на химическото изследване са военните. Финансиращи агенции като Американската агенция за напреднали научни изследвания в областта на отбраната (DARPA) имат големи мечти за това какво химическо проучване може да бъде в състояние да направи за въоръжените си сили. Представете си, че можете да поставите сензор на върха на палатка във военна зона, която може да открива експлозиви или токсични газове на 4 мили (6 километра).

Или си представете сензор, който е толкова малък, че може да бъде вграден в платове. Когато сензорът открие токсичен агент, цветът на тъканта се променя, предупреждавайки войниците за наличието на химически токсини във въздуха. Какво ще кажете за сензор, който може да предупреди войниците за нивата им на дехидратация? Последиците за подобна технология биха били не само превъзходство в битката, но и биха спасили потенциално хиляди животи.

Химикалите също могат да бъдат поставени на летищата, за да помогнат за спиране на тероризма чрез откриване на минимални концентрации на експлозиви, без да се налага да претърпяваме обширните проблеми с линиите за сигурност. Всъщност учените вече са разкрили сензор, който може бързо да открива наркотици и експлозиви на разстояние близо 100 фута (30 метра) с летища в ума [източник: Engineering360]. Тези сензори биха могли да бъдат инсталирани на входовете на летището и други места с големи групи хора. Някои видове химически сензорни устройства могат дори да бъдат прикачени към мобилни телефони, за да сканират по-големи площи, докато служителите на реда се движат [източник: Хсу].

Разбира се, не е необходимо химическите сензори да се използват само за отклоняване на опасни дейности. Откриването на метални замърсители във вода и евентуално токсични химикали във въздуха чрез сензори в значките за сигурност са само част от начините, по които устройствата за химически сензори променят нашия свят.

Забележка на автора: Как работят химически сензорните устройства

Сензори за наночастици, зашити в плат, които биха могли да ми разкажат повече за себе си или за въздуха около мен? Това е сериозно нещата от научната фантастика. Само дето не е така. Може би военните са тези, които тласкат научните изследвания напред към подобни неща, но скоро след като войниците започнат да го използват, това ще бъде нещо обичайно за останалите от нас. Придава на носимата технология съвсем ново значение.


Видео Добавка: NYSTV - Transhumanism and the Genetic Manipulation of Humanity w Timothy Alberino - Multi Language.




Изследване


Ерик Франсис Вишаус
Ерик Франсис Вишаус

Този Гигантски Часовник Ще Отметне За 10 000 Години, Но Никога Няма Да Го Намерите
Този Гигантски Часовник Ще Отметне За 10 000 Години, Но Никога Няма Да Го Намерите

Наука Новини


Възход На Дроновете: Безпилотен Самолет Се Промъква В Арктика
Възход На Дроновете: Безпилотен Самолет Се Промъква В Арктика

Топ 5 Мита За Момичета, Математика И Наука
Топ 5 Мита За Момичета, Математика И Наука

Как Работят Стипендиите На Macarthur 'Genius'
Как Работят Стипендиите На Macarthur 'Genius'

Борбата С Глобалното Затопляне Може Да Превърне Небето По-Ярко, По-Бяло
Борбата С Глобалното Затопляне Може Да Превърне Небето По-Ярко, По-Бяло

Спасяване На Пациенти С Рак На Простатата От Колатерални Щети
Спасяване На Пациенти С Рак На Простатата От Колатерални Щети


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com