Kako Djeluju Kemijski Senzorski Uređaji

{h1}

Kemijski senzorski uređaji nisu samo za otkrivanje plina radona i ugljičnog monoksida. Saznajte više o tome gdje se i kako koriste na WordsSideKick.com.

Udahni i izdahne nešto je što naša tijela rade bez da moramo o tome razmišljati. U stvari, rijetko se čak i sjetimo zraka koji nas okružuje dok kvaliteta nekako ne bude niska - možda od dima obližnje vatre ili smoga koji opčinjava naše prenapučene gradove.

Ali mogu postojati opasni plinovi koji nisu uvijek vidljivi. Ugljikov monoksid i radon dva su primjera smrtonosnih onečišćenja zraka koja su potpuno nevidljiva. Ne shvaćamo da smo otrovani od zraka koji udišemo dok nije prekasno. Srećom, ti plinovi nisu tako rašireni, i uz pomoć malo kemijske senzorske tehnologije, možemo pustiti detektor ugljičnog monoksida i radona da brinu za nas.

Kemijski senzori pomažu mnogo više od samo otkrivanja smrtonosnih plinova. Te se uređaje mogu naći u našim domovima, bolnicama i vojsci. Postoji mnogo različitih vrsta senzora koji detektiraju različite ciljne molekule (poznate i kao analiti). Iako senzori djeluju na različite načine, bit je da se između analita i nečega u senzoru događa kemijska interakcija, a uređaj proizvodi mjerljivi signal - zvučni signal ili promjena boje kako bi nas upozorio na prisutnost ciljne molekule.

Unatoč razlikama u konstrukciji senzora, postoji nekoliko vodećih principa koji bilo koji senzor čine dobrim. Idealan je jeftin, otporan na gluposti i prenosiv. Ono što je najvažnije, bilo koji kemijski senzor ima dvije vitalne značajke: selektivnost i osjetljivost. Na svijetu postoji više od 10 milijardi molekularnih tvari, pa selektivno otkrivanje jedne tvari nije mali podvig [izvor: Nacionalno vijeće za istraživanje]. Osjetljivost je također nevjerojatno važna za otkrivanje kemikalija sa velike udaljenosti ili za pokušaj pronalaženja vrlo niskih koncentracija ciljane molekule. Ostale važne karakteristike senzora su vrijeme odziva, veličina pakiranja i granica detekcije - najmanja količina tvari koja se može otkriti.

Tako osjetljiv! Kako senzori prepoznaju ciljne molekule

Tako osjetljiv! Kako senzori prepoznaju ciljne molekule

Detektor ugljičnog monoksida može vas spriječiti da se otrovate plinovima. BankeFotografije / Getty Images

Znanstvenici i inženjeri razvili su razne senzore za različite svrhe, a kao što možete zamisliti, svi imaju svoje vlastite načine rada. Napokon, kit za trudnoću vjerojatno neće imati isti mehanizam otkrivanja kao detektor radona, zar ne?

Svi kemijski senzori ciljaju neku vrstu analita, ali razlike se javljaju kad se analit nalazi u senzoru. Na primjer, senzor može vezati analit (mislite na mehanizam za zaključavanje i ključ, ali na molekularnoj razini). Ili se senzor može postaviti tako da analit selektivno prolazi kroz tanki film. Zamislite da je film kemijski vratar koji samo pušta ciljanu molekulu i sprečava da uđe sve ostalo. Ova vrsta senzora ima pozitivno svojstvo stalne upotrebe. Treći oblik senzora troši analit u kemijskoj reakciji koja stvara proizvod koji stvara čitljiv signal [izvor: Nacionalno vijeće za istraživanje]. Ova tri vrlo široka mehanizma pokrivaju rad većine senzora, ali postoje i druge vrste.

Na primjer, postoje elektrokemijski senzori s direktnim očitavanjem koji koriste difuziju nabijenih molekula da bi pronašli promjene u struji, vodljivosti ili potencijalu da bi vidjeli postoji li ciljni analit. Senzori površinskog akustičkog vala koriste akustičke valove koji se od jedne elektrode do druge šalju po površini. Senzor je dizajniran tako da ako se brzina vala promijeni ili ako izgubi intenzitet, signalizira prisutnost ciljne molekule vezane na površinu. Uzimanjem mjerenja tih promjena, senzor će čak moći detektirati količine prisutnog materijala [izvor: Nacionalno vijeće za istraživanje].

Još jedna nova inovacija u tehnologiji kemijskog osjeta usmjerena je na otkrivanje svojstvenih svojstava različitih kemijskih ciljeva umjesto na korištenje molekularne interakcije za pokretanje detekcije. Svaka od njih ima različite veze u obliku molekula koje se mogu otkriti u infracrvenom području elektromagnetskog spektra. Kombinacijom izvora svjetla, filtera i detektora na jednom čipu, znanstvenici s Massachusetts Institute of Technology uspjeli su otkriti ove molekularne otiske prstiju kako bi osjetili čitav niz molekula, od onečišćenja u vodi do elektrolita u krvi novorođenčadi [ izvor: Bender].

Kako kemijski senzori pomažu

Bez obzira na njihov način rada, uređaji za kemijsko otkrivanje bez sumnje rade za vas. Vaš dom vjerojatno ima barem jedan detektor za radonski plin, dim ili ugljični monoksid, ovisno o zakonima u vašoj državi ili državi. Mnogi senzori radona djeluju tako da apsorbiraju sam radon ili otkriju radioaktivne produkte raspada smrtonosnog plina. Ugljični monoksid, s druge strane, nije radioaktivni materijal, pa detektori za taj plin djeluju drugačije. Jedan od najčešćih mehanizama ovog kemijskog senzora je riff o biologiji. Ovi detektori oponašaju interakciju ugljičnog monoksida s hemoglobinom u krvi kako bi odredili prisutnost plina. Još jedan uobičajeni detektor u kući je detektor dima. Dok neki koriste radioaktivne materijale kako bi ispušili dim, većina osjetljivosti u detektorima dima dolazi od fizičkog, a ne kemijskog fenomena čestica dima koji izaziva smetnje koje detektor osjeti.

Kemijski senzorski uređaji imaju široku primjenu izvan kuće. Jedno od glavnih mjesta na kojima ćete ove uređaje vidjeti na djelu je pretraga biomolekula u medicinskim uvjetima. Senzori biomolekule u osnovi su specijalizirani kemijski senzori. Iako otkrivaju tvari poput hormona, ove tjelesne tvari su sve molekule. Uostalom, ti su senzori napravljeni s mnogim istim vodećim načelima kao i ostali kemijski senzori - selektivnost, osjetljivost i prenosivost.

Neki od najvažnijih prijenosnih senzora za biomolekule kojih ste možda svjesni povezani su s mjerenjima plodnosti: testovima trudnoće i testovima ovulacije. Oba ova kemijska senzora otkrivaju prisutnost određenih hormona u urinu. U slučaju testova trudnoće, senzor traži hormon humani korionski gonadotropin (hCG) u urinu. Štap na kojem žena urinira ima antitijela koja su obložena kemikalijom koja se vezuje za hCG. Ako je biomolekula prisutna, test očitava pozitivno [izvor: Magazin za roditelje]. Obično ti kemijski senzori imaju kolorimetrijsku komponentu, tako da kad se analit - u ovom slučaju hCG - veže, aktivira promjenu boje senzora, što čini očitavanje rezultata prilično glupim.

U kliničkom okruženju, dvije su najčešte metode za otkrivanje biomolekula utemeljene na kemijskim sredstvima ELISA (ispitivanje imunoapsorbentom vezanog za enzim) i Western blot. Ovisno o veličini i vrsti predmetne biomolekule i informacijama koje oni žele o molekuli, znanstvenici i kliničari često će se obratiti jednoj od tih kemijskih senzorskih tehnika kako bi identificirali različite analite u mješavinama biomolekula [izvori: ThermoFisher Scientific, Mahmood i Yang ].

Otkrivanje znanstvene fantastike postaje stvarnost

Otkrivanje znanstvene fantastike postaje stvarnost

Staklena glava drži senzor neuronskog sučelja koji je razvio DARPA, a koji čita signale iz mozga i potiče neurone u borbi protiv gubitka memorije. DARPA ulaže u istraživanje kemijskih ispitivanja. Stacey Rupolo / Chicago Tribune / TNS putem Getty Images

Veliki pokretač za buduće pravce kemijskog osjećanja je vojska. Agencije za financiranje poput američke Agencije za napredne istraživačke obrambene projekte (DARPA) imaju velike snove o onome što bi kemijsko istraživanje moglo učiniti za svoje oružane snage. Zamislite da možete postaviti senzor na vrh šatora u ratnom području koji može otkriti eksploziv ili otrovne plinove udaljene 4 milje (6 kilometara).

Ili zamislite tako sitan senzor da se može ugraditi u tkanine. Kad senzor otkrije toksično sredstvo, boja tkanine se mijenja, upozoravajući vojnike na prisutnost kemijskih toksina u zraku. Što je sa senzorom koji bi mogao upozoriti vojnike na njihovu razinu dehidracije? Posljedice takve tehnologije ne bi bile samo prednost u bitci, već bi spasile potencijalno tisuće života.

Kemikalije bi se mogle smjestiti i u zračne luke kako bi se zaustavio terorizam otkrivanjem minutnih koncentracija eksploziva, a da nas bez problema ne moraju prolaziti sigurnosne linije. U stvari, znanstvenici su već otkrili senzor koji može brzo otkriti drogu i eksplozive u blizini udaljenosti od 30 metara s aerodroma u zračnim lukama [izvor: Engineering360]. Ti se senzori mogu instalirati na ulazima u zračne luke i drugim mjestima s velikim skupinama ljudi. Neke se vrste kemijskih senzorskih uređaja mogu čak priključiti na mobitele kako bi pretražili veća područja dok se službenici za provođenje zakona kreću okolo [izvor: Hsu].

Naravno, kemijski senzori se ne moraju koristiti samo za preusmjeravanje zlih aktivnosti. Otkrivanje zagađivača metala u vodi i eventualno toksičnih kemikalija u zraku putem senzora u sigurnosnim značkama samo su neki od načina na koji kemijski senzorski uređaji mijenjaju naš svijet.

Napomena autora: Kako djeluju kemijski senzori

Senzori nanočestica ugrađeni u tkaninu koji bi mi mogli reći više o sebi ili zraku oko mene? To su ozbiljno stvari znanstvene fantastike. Samo što nije. Možda je vojska ta koja gura istraživanje naprijed prema ovakvim stvarima, ali ubrzo nakon što ih vojnici počnu koristiti, to će biti uobičajeno za sve nas. Nosnoj tehnologiji daje posve novo značenje.


Video Dodatak: .




Istraživanje


Kiborg Gorivne Ćelije Koje Pokreću Tekućine Za Mozak
Kiborg Gorivne Ćelije Koje Pokreću Tekućine Za Mozak

Napredak Pomoćne Tehnologije Iz Klase Project
Napredak Pomoćne Tehnologije Iz Klase Project

Znanost Vijesti


Psihologija Super Zdjele: Je Li Velika Igra Dobra Za Indianapolis?
Psihologija Super Zdjele: Je Li Velika Igra Dobra Za Indianapolis?

Seks Životinja: Kako To Rade Ptice
Seks Životinja: Kako To Rade Ptice

U Slikama: Upoznajte 10 Najboljih Novopečenih Vrsta
U Slikama: Upoznajte 10 Najboljih Novopečenih Vrsta

Vodka, Aspirin Ili 7 Up: Što Cvijeće Održava Svježim?
Vodka, Aspirin Ili 7 Up: Što Cvijeće Održava Svježim?

Vrste Oblaka
Vrste Oblaka


HR.WordsSideKick.com
Sva Prava Pridržana!
Umnožavanje Bilo Koje Materijale Dozvoljen Samo Prostanovkoy Aktivni Link Na Stranicu HR.WordsSideKick.com

© 2005–2020 HR.WordsSideKick.com