Технология сенсорного экрана, используемая в миллиардах смартфонов и планшетов, также может использоваться в качестве мощного датчика без каких-либо модификаций.
Исследователи из Кембриджского университета продемонстрировали, как типичный сенсорный экран можно использовать для определения распространенных ионных загрязнителей в почве или питьевой воде путем нанесения жидких образцов на экран. Чувствительность сенсорного экрана сравнима с чувствительностью типичного лабораторного оборудования, что делает его полезным в условиях ограниченных ресурсов.
Исследователи говорят, что их доказательство концепции может однажды быть расширено для широкого спектра сенсорных приложений, в том числе для биосенсоров или медицинской диагностики, прямо с телефона в вашем кармане. Результаты опубликованы в журнале « Датчики и приводы B» .
Технология сенсорного экрана повсеместна в нашей повседневной жизни: экран обычного смартфона покрыт сеткой электродов, и когда палец нарушает локальное электрическое поле этих электродов, телефон интерпретирует сигнал.
Другие команды использовали вычислительную мощность смартфона для распознавания приложений, но они полагались на камеру или периферийные устройства или требовали внесения значительных изменений в экран.
«Мы хотели знать, можем ли мы взаимодействовать с этой технологией по-другому, без необходимости кардинально менять экран», — сказал д-р Ронан Дейли из Кембриджского института производства, который руководил исследованием. «Вместо того, чтобы интерпретировать сигнал от вашего пальца, что, если бы мы могли получить сенсорный экран для считывания электролитов, поскольку эти ионы также взаимодействуют с электрическими полями?»
Исследователи начали с компьютерного моделирования, а затем подтвердили свое моделирование с помощью урезанного автономного сенсорного экрана, предоставленного двумя британскими производителями, аналогичного тем, которые используются в телефонах и планшетах.
Исследователи пипетировали различные жидкости на экран, чтобы измерить изменение емкости, и записали измерения для каждой капли с помощью стандартного программного обеспечения для тестирования сенсорных экранов. Все ионы в жидкостях по-разному взаимодействуют с электрическими полями экрана в зависимости от концентрации ионов и их заряда.
«Наше моделирование показало, где электрическое поле взаимодействует с каплей жидкости. Затем в наших экспериментах мы обнаружили линейную тенденцию для ряда электролитов, измеренных на сенсорном экране», — сказал первый автор Себастьян Хорстманн, доктор философии. кандидат в IfM. «Датчик насыщается при концентрации анионов около 500 микромоль, что может коррелировать с проводимостью, измеренной рядом. Этот диапазон обнаружения идеально подходит для обнаружения ионного загрязнения в питьевой воде».
Одним из первых применений этой технологии может быть обнаружение загрязнения питьевой водой мышьяком. Мышьяк — еще один распространенный загрязнитель, обнаруживаемый в грунтовых водах во многих частях мира, но большинство муниципальных систем водоснабжения фильтруют его до того, как попадут в бытовой кран. Однако в тех частях мира, где нет водоочистных сооружений, загрязнение мышьяком представляет собой серьезную проблему.
«Теоретически вы можете добавить в телефон каплю воды перед тем, как выпить, чтобы убедиться, что она безопасна», — сказал Дейли.
На данный момент чувствительность экранов телефонов и планшетов настроена для пальцев, но исследователи говорят, что чувствительность можно изменить в определенной части экрана, изменив конструкцию электродов, чтобы оптимизировать их для восприятия.
«Программное обеспечение телефона должно будет взаимодействовать с этой частью экрана, чтобы обеспечить оптимальное электрическое поле и быть более чувствительным к целевому иону, но это достижимо», — сказала профессор Лиза Холл из Кембриджского факультета химической инженерии и биотехнологии, которая вместе — провел исследование. «Мы стремимся сделать гораздо больше в этом направлении — это всего лишь первый шаг».
Хотя теперь можно обнаруживать ионы с помощью сенсорного экрана, исследователи надеются и дальше развивать эту технологию, чтобы она могла обнаруживать широкий спектр молекул. Это может открыть огромный спектр потенциальных приложений для здоровья.
«Например, если бы мы могли добиться такой чувствительности, при которой сенсорный экран мог бы обнаруживать тяжелые металлы, его можно было бы использовать для проверки таких вещей, как свинец в питьевой воде. Мы также надеемся в будущем поставить датчики для мониторинга здоровья дома», — сказал он. — сказал Дейли.
«Это отправная точка для более широкого изучения использования сенсорного экрана в мобильных технологиях и создания инструментов, доступных для всех, позволяющих быстро измерять и передавать данные», — сказал Холл.
Дополнительная информация: Себастьян Хорстманн и др., Емкостное сенсорное сканирование — мера проводимости электролита, Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества (2021). DOI: 10.1016 / j.snb.2021.130318
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК