De nouveaux capteurs détectent les matériaux explosifs et les particules virales au niveau de la partie par quadrillion

De nouveaux capteurs identifient les matières explosives, les particules d'un virus et les drogues illégales au niveau de la partie par quadrillion

Le professeur Otto Gregory de l’Université de Rhode Island et Peter Ricci, doctorant à l’URI, démontrent et expliquent comment les capteurs développés dans le Thin Film Sensors Laboratory à URI peuvent être utilisés sur des drones pour identifier les menaces pour la sécurité et la santé au niveau moléculaire. Peter Ricci (à gauche) et le professeur Otto Gregory, doctorant à l’URI, testent la plate-forme de capteurs numériques de nez de chien dans le laboratoire de capteurs à couche mince de Gregory à l’URI. Les appareils bleus sur la table représentent les deux dernières versions du Digital Dog Nose. Crédits: Otto Gregory

On nous rappelle fréquemment à quel point notre santé et notre sécurité sont vulnérables aux menaces de la nature ou à ceux qui souhaitent nous nuire.

Les nouveaux capteurs développés par le professeur Otto Gregory, du College of Engineering de l’Université de Rhode Island, et le doctorant en génie chimique Peter Ricci, sont si puissants qu’ils peuvent détecter les menaces au niveau moléculaire, qu’il s’agisse de matériaux explosifs, de particules provenant d’un potentiel virus mortel ou drogues illégales entrant dans le pays.

« Il s’agit d’une technologie potentiellement vitale », a déclaré Gregory. « Nous avons détecté des choses au niveau de la partie par quadrillion. C’est vraiment une détection de molécule unique. »

Applications étendues

Parce que les capteurs de Gregory sont si petits et si puissants, il existe un large éventail d’applications.

« La plate-forme est large, vous pouvez donc l’appliquer à de nombreux sites différents, avec de nombreux utilisateurs finaux différents », a déclaré Gregory.

Alors que ses recherches sont en grande partie financées par le Department of Homeland Security, d’autres agences gouvernementales ont pris note des capteurs de Gregory.

Le ministère de la Défense pourrait être intéressé à l’utiliser pour surveiller les blessures des soldats et pour détecter les engins explosifs improvisés (EEI) en bordure de route.

Si un soldat ou un premier intervenant souffrait d’une blessure ouverte causée par un éclat d’obus, les capteurs de Gregory pourraient aider à déterminer si la plaie était infectée.

«Le peroxyde d’hydrogène généré par le corps humain pour les plaies est une indication de la qualité ou de la mauvaise efficacité des antibiotiques pour combattre la plaie», a déclaré Ricci. « Notre capteur pourrait être utilisé comme appareil portable pour renifler le peroxyde provenant de la plaie au niveau de la partie par milliard. »

Lors des matchs de basket-ball de Miami Heat, les chiens ont été utilisés pour renifler des traces de COVID-19 provenant des pores de la peau des gens. Dans un article publié dans la revue Nature, Gregory a déclaré que ses capteurs pourraient être utilisés dans le même but.

«Là où les chiens le détectent à partir de la peau, nos capteurs le détectent à partir de biomarqueurs dans la respiration des gens», a déclaré Ricci, originaire de West Warwick.

La Garde côtière s’est montrée intéressée par l’utilisation de cette technologie pour «renifler» les drogues illicites introduites en contrebande aux États-Unis à bord des navires.

Rétrécir le «nez de chien numérique»

«Tout ce qui peut généralement être reniflé par un chien, nous pouvons le faire», a déclaré Gregory. « C’est pourquoi nous l’avons appelé Digital Dog Nose. »

Le Digital Dog Nose a été présenté dans des émissions telles que CBS This Morning en novembre 2019, mais ce qui était autrefois la taille d’une boîte à outils a été réduit à un quart de la taille d’un paquet de cigarettes.

«En diminuant la masse thermique du capteur, nous avons diminué la quantité d’énergie requise pour faire fonctionner le capteur», a déclaré Gregory. « Nous avons commencé avec une masse thermique de l’ordre du gramme. Maintenant, la masse thermique de notre capteur est de l’ordre du microgramme. »

L’une des clés pour rendre un appareil aussi petit et puissant que celui de Gregory est de trouver la bonne batterie.

«Nous avons établi un partenariat avec une société qui fabrique des batteries très minces et de faible masse dans le Colorado, ITN Energy Systems,» a déclaré Gregory. « Ils fabriquent des batteries au lithium qui ne sont pas plus épaisses qu’un morceau de papier. Le processus a consisté à trouver les bons partenaires, ce qui nous aide à améliorer nos catalyseurs et notre plate-forme de capteurs. »






Réussir le test

En mars 2021, le Naval Research Laboratory a amené son unité de test mobile sur le campus W.Alton Jones de l’URI pour mettre à l’épreuve les capteurs d’explosifs de Gregory et d’autres.

« Ils ont mis en place un test sur le terrain à l’extérieur en utilisant leur banc d’essai de vapeur », a déclaré Ricci. « Ils ont pu sélectionner une molécule explosive et la livrer au système de capteurs. Sachant quel était le niveau, ils voulaient voir comment notre capteur réagirait. L’un des tests était au niveau de la partie par quadrillion. »

Garder une longueur d’avance

Alors que les méchants ont développé de nouveaux explosifs ou de nouvelles façons d’improviser sur des explosifs existants, les bons ont essayé de garder une longueur d’avance.

« Le Département de la sécurité intérieure nous a demandé d’être suffisamment flexibles pour anticiper et nous adapter aux menaces émergentes qui pourraient survenir plusieurs années plus tard », a déclaré Gregory. « Nous pouvons ajuster nos catalyseurs pour une molécule spécifique qui est la menace actuelle. C’est ce que nous faisons avec les biomarqueurs. C’est ce que nous faisons avec les médicaments. Ce qui est bien avec cette plate-forme, c’est qu’elle est flexible. »

Venir loin

Les capteurs développés par Gregory et Ricci ont été testés et améliorés sur une longue période. Les recherches du professeur ont été initialement financées il y a 20 ans par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), une agence de recherche et développement du département américain de la Défense qui est responsable du développement de technologies émergentes à l’usage des militaires.

Après deux ans de financement de la DARPA, l’armée a financé le projet pendant un an. Depuis, le département de la sécurité intérieure a fourni des fonds.

«À l’époque, cette recherche était très nouvelle et très différente», a déclaré Gregory. « La DARPA finance des projets à haut risque et à haute récompense. Nous avons démontré que le pari qu’ils ont pris à l’époque sur notre concept a porté ses fruits. »

Michael Silevitch, professeur distingué d’ingénierie Robert D. Black à la Northeastern University, collabore avec Gregory sur ses recherches depuis plus de 10 ans.

«Il s’agit d’une technologie révolutionnaire», a déclaré Silevitch. «Le travail d’Otto sur les détecteurs chimiques a évolué au point d’être prêt à être utilisé dans de nombreuses applications, y compris le déploiement de ses capteurs sur une plate-forme basée sur un drone pour aider à protéger des cibles souples telles que les écoles, les centres commerciaux ou les lieux de culte.

Prendre les nouvelles étapes

Maintenant que les capteurs sont très petits et légers, ils pourraient être attachés à des drones, conduisant à de nombreuses nouvelles applications.

«Nous avons discuté avec des entreprises de drones de l’utilisation de nos capteurs sur leurs drones», a déclaré Gregory. «Les drones ont besoin d’alimentations électriques portables très légères et vous devez exploiter leur communication sans fil. C’est un ensemble de conditions d’ingénierie très différent de l’utilisation d’un bras robotique que l’armée cherche à utiliser pour les EEI en bordure de route.

Gregory et Ricci travaillent également sur des tableaux de capteurs, pour différencier un explosif, ou une menace, d’un autre.

« Nous aurons besoin d’un ensemble de capteurs pour détecter un explosif spécifique en présence d’autres explosifs ou précurseurs », a déclaré Ricci. « S’il y a un panache de trois explosifs différents, nous devrons peut-être identifier l’un des autres. »

Prêt à l’emploi

Maintenant que les capteurs se sont avérés efficaces, leur mise en œuvre dans des situations réelles n’est plus qu’une question de financement.

« Notre capteur n’est pas encore un produit commercial standard, mais nous avons un partenaire potentiel », a déclaré Gregory. « Nous avons juste besoin d’un client qui se mette à la hauteur et dise que voici une commande pour 1 000 d’entre eux, pouvez-vous les livrer? »


Un professeur conçoit un détecteur d’explosifs pour rivaliser avec le nez d’un chien


Plus d’information:
Peter P. Ricci et coll. Capteurs pour la détection de l’ammoniac comme biomarqueur potentiel pour le dépistage de la santé, Rapports scientifiques (2021). DOI: 10.1038 / s41598-021-86686-1

Peter P. Ricci et coll. Capteurs autonomes à couche mince pour la détection de traces d’explosifs, Rapports scientifiques (2021). DOI: 10.1038 / s41598-021-86077-6

Fourni par l’Université du Rhode Island

Citation: De nouveaux capteurs détectent des matériaux explosifs, des particules virales au niveau de la partie par quadrillion (2021, 14 mai) récupéré le 14 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-sensors-explosive-materials-viral-particles .html

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