Невидимый мир химических реакций, происходящих внутри узких каналов реакторов или даже в человеческом кишечнике, долгое время оставался загадкой. Традиционные методы зондирования оказывались бессильными, неспособными проникнуть в эти микроскопические лабиринты и точно отобразить концентрации химических веществ. Однако, благодаря новаторской разработке ученых из Мичиганского университета, завеса тайны постепенно приподнимается.
В основе новой технологии лежат тысячи крошечных датчиков, получивших название Time-aware particulate sensors (TAPS), что можно перевести как «чувствительные ко времени твердотельные датчики». Каждый из этих микроскопических устройств, размером примерно с ширину человеческого волоса (около 100 микрометров), способен регистрировать присутствие определенных химических веществ и отслеживать время, затраченное на это.
Уникальность TAPS заключается в их способности свободно перемещаться в жидкости, не нарушая ее поток, и в то же время быть достаточно большими для последующего извлечения. Это достигается благодаря тщательно подобранным размерам и материалам. Производство этих датчиков также является экономически эффективным: миллионы TAPS могут быть изготовлены на одной кремниевой пластине диаметром не более 12 дюймов.
Ключевым элементом TAPS являются мемристоры – электрические компоненты, которые запоминают информацию, изменяя свое электрическое сопротивление. В данном случае мемристоры используются в качестве аналоговых часов, фиксируя время контакта датчика с целевым химическим веществом.
Система с использованием TAPS оптимизирована для адаптации к различным химическим средам. Это означает, что датчики могут быть настроены для обнаружения широкого спектра веществ, что делает их универсальным инструментом для исследования самых разнообразных процессов.
Потенциал этой технологии огромен. Она открывает возможность создания трехмерных карт распределения химических веществ, позволяя ученым увидеть, как концентрации меняются в пространстве и времени. Это особенно важно для понимания сложных реакций, происходящих в микрореакторах и других компактных системах.
Интересно, что совокупность датчиков TAPS проявляет так называемые «эмерджентные функции», то есть свойства, не присущие каждому отдельному датчику в отдельности. Коллективное поведение этих устройств позволяет системе выполнять задачи, которые были бы невозможны для отдельных сенсоров.
Результаты этого исследования, опубликованные в журнале AIChE Journal, являются важным шагом вперед в области химического зондирования. Альберт Лю, доцент Мичиганского университета, работающий на факультетах химической инженерии, макромолекулярной науки и инженерии, а также материаловедения и инженерии, является автором-корреспондентом этой работы. Мэтью Мэнион, аспирант химической инженерии в U-M, является первым автором исследования.
Новая технология на основе TAPS может найти применение в самых разных областях, от разработки новых лекарств до оптимизации промышленных процессов и мониторинга загрязнения окружающей среды. Возможность заглянуть внутрь микроскопических химических лабиринтов открывает новые горизонты для науки и техники.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе новой технологии лежат тысячи крошечных датчиков, получивших название Time-aware particulate sensors (TAPS), что можно перевести как «чувствительные ко времени твердотельные датчики». Каждый из этих микроскопических устройств, размером примерно с ширину человеческого волоса (около 100 микрометров), способен регистрировать присутствие определенных химических веществ и отслеживать время, затраченное на это.
Уникальность TAPS заключается в их способности свободно перемещаться в жидкости, не нарушая ее поток, и в то же время быть достаточно большими для последующего извлечения. Это достигается благодаря тщательно подобранным размерам и материалам. Производство этих датчиков также является экономически эффективным: миллионы TAPS могут быть изготовлены на одной кремниевой пластине диаметром не более 12 дюймов.
Ключевым элементом TAPS являются мемристоры – электрические компоненты, которые запоминают информацию, изменяя свое электрическое сопротивление. В данном случае мемристоры используются в качестве аналоговых часов, фиксируя время контакта датчика с целевым химическим веществом.
Система с использованием TAPS оптимизирована для адаптации к различным химическим средам. Это означает, что датчики могут быть настроены для обнаружения широкого спектра веществ, что делает их универсальным инструментом для исследования самых разнообразных процессов.
Потенциал этой технологии огромен. Она открывает возможность создания трехмерных карт распределения химических веществ, позволяя ученым увидеть, как концентрации меняются в пространстве и времени. Это особенно важно для понимания сложных реакций, происходящих в микрореакторах и других компактных системах.
Интересно, что совокупность датчиков TAPS проявляет так называемые «эмерджентные функции», то есть свойства, не присущие каждому отдельному датчику в отдельности. Коллективное поведение этих устройств позволяет системе выполнять задачи, которые были бы невозможны для отдельных сенсоров.
Результаты этого исследования, опубликованные в журнале AIChE Journal, являются важным шагом вперед в области химического зондирования. Альберт Лю, доцент Мичиганского университета, работающий на факультетах химической инженерии, макромолекулярной науки и инженерии, а также материаловедения и инженерии, является автором-корреспондентом этой работы. Мэтью Мэнион, аспирант химической инженерии в U-M, является первым автором исследования.
Новая технология на основе TAPS может найти применение в самых разных областях, от разработки новых лекарств до оптимизации промышленных процессов и мониторинга загрязнения окружающей среды. Возможность заглянуть внутрь микроскопических химических лабиринтов открывает новые горизонты для науки и техники.
