Как крошечные датчики времени раскрывают тайны химических лабиринтов?

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.
Как крошечные датчики времени раскрывают тайны химических лабиринтов?
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.


Новое на сайте

19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии? 19152Культ священного манго и закат эпохи хунвейбинов в маоистском Китае 19151Готовы ли вы к эре коэффициента адаптивности, когда IQ и EQ больше не гарантируют успех? 19150Иранская группировка RedKitten применяет сгенерированный нейросетями код для кибершпионажа
Ссылка