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

19989Шесть историй, которые умещаются на ладони 19986Как 30 000 аккаунтов Facebook оказались в руках вьетнамских хакеров? 19985LofyGang вернулась: как бразильские хакеры охотятся на геймеров через поддельные читы 19984Автономная проверка защиты: как не отстать от ИИ-атак 19983Взлом Trellix: хакеры добрались до исходного кода одной из ведущих компаний по... 19982Почему почти 3000 монет в норвежском поле перевернули представление о викингах? 19981Как поддельная CAPTCHA опустошает ваш счёт и крадёт криптовалюту? 19980Слежка за каждым шагом: как ИИ превращает государство в машину тотального контроля 19979Как хакеры грабят компании через звонок в «техподдержку» 19978Почему именно Нью-Йорк стал самым уязвимым городом восточного побережья перед... 19977Как одна команда git push открывала доступ к миллионам репозиториев 19976Зачем древние народы убивали ножами и мечами: оружие как основа власти 19975Как Python-бэкдор DEEPDOOR крадёт ваши облачные пароли незаметно? 19974Послание в бутылке: математика невозможного 19973Почему ИИ-инфраструктура стала новой целью хакеров быстрее, чем ждали все?
Ссылка