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智能手机筛选土壤或水污染的有效传感器

乐活 时间:2021-07-24 17:00:31

数十亿部智能手机和平板电脑中使用的触摸屏技术也可以用作强大的传感器,无需任何修改。

剑桥大学的研究人员展示了如何使用典型的触摸屏通过将液体样品滴在屏幕上来识别土壤或饮用水中的常见离子污染物,这是第一次实现。触摸屏传感器的灵敏度可与典型的实验室设备相媲美,这使其在资源匮乏的环境中非常有用。

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研究人员表示,他们的概念验证有朝一日可以扩展到广泛的传感应用,包括生物传感或医疗诊断,就在你口袋里的手机上。结果在杂志上报道Sensors and Actuators B 中。

触摸屏技术在我们的日常生活中无处不在:典型智能手机的屏幕上覆盖着一个电极网格,当手指破坏这些电极的局部电场时,手机就会解释信号。

其他团队已经将智能手机的计算能力用于传感应用,但这些应用依赖于相机或外围设备,或者需要对屏幕进行重大更改。

“我们想知道我们是否可以以不同的方式与技术交互,而不必从根本上改变屏幕,”共同领导这项研究的剑桥制造研究所的 Ronan Daly 博士说。“如果我们能得到一个触摸屏来读取电解质,而不是解释来自手指的信号,那会怎样,因为这些离子也会与电场相互作用?”

研究人员从计算机模拟开始,然后使用由两家英国制造商提供的精简独立触摸屏验证他们的模拟,类似于手机和平板电脑中使用的触摸屏。

研究人员将不同的液体移到屏幕上以测量电容的变化,并使用标准的触摸屏测试软件记录每个液滴的测量结果。流体中的离子都与屏幕的电场相互作用,具体取决于离子的浓度及其电荷。

“我们的模拟显示了电场与液滴相互作用的位置。在我们的实验中,我们发现了在触摸屏上测量的一系列电解质的线性趋势,”第一作者 Sebastian Horstmann 博士说。IfM的候选人。“传感器在大约 500 微摩尔的阴离子浓度下饱和,这可能与旁边测量的电导率相关。这个检测窗口是检测饮用水中离子污染的理想选择。”

该技术的一项早期应用可能是检测饮用水中的砷污染。砷是世界许多地区地下水中的另一种常见污染物,但大多数市政供水系统都会对其进行筛查,并在其到达家用水龙头之前将其过滤掉。然而,在世界上没有水处理厂的部分地区,砷污染是一个严重的问题。

戴利说:“理论上,你可以在喝手机前在手机里加一滴水,以检查它是否安全。”

目前,手机和平板电脑屏幕的灵敏度针对手指进行了调整,但研究人员表示,可以通过修改电极设计来改变屏幕特定部分的灵敏度,以便优化感应。

“手机的软件需要与屏幕的那部分通信以提供最佳电场并对目标离子更加敏感,但这是可以实现的,”剑桥化学工程和生物技术系的 Lisa Hall 教授说。 - 主导了研究。“我们渴望在这方面做更多的事情——这只是第一步。”

虽然现在可以使用触摸屏检测离子,但研究人员希望进一步开发该技术,使其能够检测范围广泛的分子。这可能会开辟大量潜在的健康应用。

“例如,如果我们能够将灵敏度提高到触摸屏可以检测到重金属的程度,它就可以用于检测饮用水中的铅等物质。我们还希望将来能够提供用于家庭健康监测的传感器,”戴利说。

“这是一个起点,可以更广泛地探索在移动技术中使用触摸屏传感以及创建每个人都可以使用的工具,从而实现快速测量和数据通信,”霍尔说。

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