麻省理工學院研究人員的無線化學傳感器。

來自麻省理工學院的研究人員開發了一種新的無線傳感器，可以將有關危險化學品或食物腐敗的信息傳送到智能手機。

麻省理工學院化學家使用簡單的傳感器設計了一種新的方式來無線檢測有害氣體和環境污染物，可以通過智能手機讀取。

這些廉價的傳感器可以廣泛地部署，使得更容易監控公共空間或在倉庫中檢測食物腐敗。使用該系統，研究人員已經證明，它們可以檢測氣態氨，過氧化氫和環己酮等其他氣體。

“這些傳感器的美麗是他們真的很便宜。你把它們放在上面，他們坐在那里，然后你來了，讀它們。沒有接線。沒有力量，“Timothy Swarage，John D. Mit Macarthur的MIT教授。“你可以對自己可能想要的技術進行非常富有想象力。”

Sware是一篇文章的高級作者，描述了在12月8日星期一周的國家科學院訴訟程序中的新傳感器。化學研究生Joseph Azzarelli是紙張的主要作者;其他作者是Postdoc Katherine Mirica和前MIT Postdoc Jens Ravnsbaek。

多功能氣體檢測

多年來，SWAGE的實驗室一直在開發基于稱為ChemIsiristors的裝置的氣體檢測傳感器，該裝置由改變的簡單電路組成，使得它們在暴露于特定化學物質時它們的電阻變化。測量阻力的變化顯示是否存在目標氣體。

與市售的ChemiSistors不同，SWAGES實驗室中開發的傳感器幾乎不需要能量，并且可以在環境溫度下起作用。“這將允許我們將傳感器放在許多不同的環境中或許多不同的設備中，”Sware說。

新傳感器由修改的近場通信（NFC）標簽制成。這些標簽接收到讀取它們的設備需要的小功率，用作無線可尋址的條形碼，并且主要用于跟蹤汽車或制藥等產品，因為它們通過供應鏈移動，例如在制造工廠或倉庫中。

可以通過具有近場通信功能的任何智能手機讀取NFC標簽，該智能手機包含在許多較新的智能手機型號中。這些手機可以在射頻（13.56兆赫茲）處發出磁場的短脈沖，誘導在標簽上的電路中的電流，使信息中繼到手機。

為了使這些標簽適應自己的目的，麻省理工學院團隊首先通過沖出其中的孔來破壞電子電路。然后，它們通過專門檢測特定氣體的碳納米管制成的連接層重新連接電路。在這種情況下，研究人員通過在2012年首次產生的機械鉛筆將它們“拉伸”將它們添加到標簽上，其中通常用碳納米管的壓縮粉末替換通常的鉛筆鉛。該團隊指的是修改的標簽作為卡：化學致動的諧振裝置。

當碳納米管與目標氣體結合時，它們進行電力變化的能力，其使電力可以傳遞到裝置的無線電頻率。當智能手機引線卡時，卡才能在智能手機傳輸的無線電頻率下接收足夠的電力時，允許電話響應，允許電話確定是否已經改變了電路并且存在氣體。

卡的當前版本的卡可以只檢測一種類型的氣體，但是手機可以讀取多個卡片，以便在許多不同的氣體上輸入輸入，達到每百萬份的濃度。隨著當前版本的技術，手機必須在3厘米的卡片范圍內獲得閱讀，但Azzarelli目前正在使用藍牙技術來擴展范圍。

廣泛的部署

研究人員已經為傳感技術提出了專利，現在正在尋找可能的應用。因為這些設備如此便宜，并且可以通過智能手機讀取，它們可以幾乎任何地方部署：室內以檢測炸藥和其他有害氣體，或者在戶外監測環境污染物。

一旦悉的方式收集數據，可以將信息上傳到無線網絡，并與其他手機的傳感器數據結合，允許掃描非常大的區域，Sware說。

研究人員還探討將卡片集成到“智能包裝”中，以允許人們檢測可能的食物腐敗或產品污染。SWAGER的實驗室先前已經開發出可以檢測乙烯的傳感器，這是一種信號在水果中發揮成熟的氣體。

“避免食物垃圾目前是一個非常熱門的話題;然而，它需要廉價，易于使用，可靠的化學品傳感器，例如，奧米西亞的氨水等代謝物，如氨，例如氨的膳食的質量，“奧地利董事沃爾夫岡卡沃爾夫岡克說不是研究團隊的技術研究所。“本文呈現的概念可能導致食品質量控制中長期需要的解決方案。”

該卡也可以納入劑量計，以幫助通過測量工人暴露的氣體，以幫助監測制造工廠的工人安全性。“由于它是低成本，一次性的，并且可以輕松地與手機界面，我們認為這可能是有人可以作為徽章穿的設備類型，他們可以在早上檢查然后平鋪它當他們晚上看看時，“Azzarelli說。

該研究由美國陸軍研究實驗室和美國軍隊研究辦公室資助的士兵納米技術學院;麻省理工學院的技術創新中心;和國家癌癥研究所。

出版物：Joseph M.Azzarelli等，等，“通過RF通信與智能手機的無線氣體檢測”PNAS，2014; DOI：10.1073 / PNA.1415403111

圖像：Melanie Gonick.