Máy cảm ứng khí tí hon hữu hiệu trong việc phát hiện ra các chất độc hại

Các kỹ sư của Học viện kĩ thuật Massachusetts (MIT) đang chế tạo ra một máy cảm ứng tí hon được sử dụng để phát hiện ra một số lượng các khí độc hại gồm có các chất hóa học công nghiệp độc hại và các tác nhân chiến tranh hóa học nhanh hơn những thiết bị hiện nay.

Các nhà khoa học nghiên cứu của Học viện kĩ thuật Massachusetts Luis Velasquez-Garcia (bên trái ảnh), và Akintunde Ibitayo Akinwande, giáo sư ngành kỹ thuật điện tử và khoa học máy tính đang chế tạo ra máy cảm ứng tí hon có thể phát hiện ra các khí độc hại, trong đó có các tác nhân chiến tranh sinh hóa học.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật phổ biến về phép ghi sắc khí và phép đo khối phổ và ghép chúng lại thành một thiết bị có kích cỡ bằng con chuột máy vi tính. Cuối cùng, đội ngũ do giáo sư Akintunde Ibitayo Akinwande của MIT tiến hành chế tạo một thiết bị cảm ứng có kích cỡ khoảng bằng một hộp diêm.

(Ảnh: Donna Coveney)

Akinwande – giáo sư ngành kỹ thuật điện tử và khoa học máy tính và là thành viên của các phòng thí nghiệm công nghệ (MTL) ở MIT cho biết: “Mọi thứ chúng tôi đang làm được thực hiện trên một quy mô lớn. Chúng tôi đang hạ quy mô đó xuống.”

Giảm quy mô các máy phát hiện khí xuống sẽ làm cho chúng dễ dàng sử dụng hơn trong môi trường thực tế, nơi các thiết bị này có thể được bố trí trong tòa nhà hay khu vực ngoài trời. Akinwande cho biết: chế tạo các thiết bị nhỏ vừa giảm bớt được năng lượng tiêu thụ vừa tăng cường độ nhạy trong việc phát hiện ra lượng khí.

Ông là người đứng đầu đội ngũ quốc tế gồm các nhà khoa học đến từ Đại học Cambridge, Đại học Texas ở Dallas, Clean Earth Technology và Raytheon cũng như Học viện kĩ thuật Massachusetts.

Máy phát hiện khí của họ sử dụng phép ghi sắc khí và phép đo khối phổ (GC-MS) để xác định các phân tử khí bằng các kí hiệu điện tử. Phiên bản hiện nay của các thiết bị GC-MS nhỏ gọn mất khoảng 15 phút để hiển thị kết quả, các thiết bị này có dung lượng khoảng 40.000 cm³, kích thước bằng một cái bao giấy đựng đồ thực phẩm, và sử dụng 10.000 Jun năng lượng.

Phiên bản máy mới nhỏ hơn này tiêu hao khoảng 4 Jun năng lượng và hiển thị kết quả trong vòng 6 giây.

Các nhà nghiên cứu dự kiến hoàn thành thiết bị trong vòng hai năm có thể được sử dụng để bảo vệ các nguồn cung cấp nước hay cho các phép chẩn đoán y học cũng như phát hiện ra các loại khí độc hại trong không khí.

Máy phân tích hoạt động bằng cách tách các phân tử khí thành các đoạn được ion hóa, các đoạn phân tử này được tỷ lệ tích điện cụ thể của máy xác nhận ra. Các phân tử khí bị tách riêng ra bằng cách tách các electron ra khỏi phân tử, hay phá vỡ chúng với các electron được tách khỏi các ống nano cacbon. Các đoạn phân tử này sau đó được đưa vào một điện trường hẹp và dài. Cuối đoạn điện trường từ, các tích điện của ion được biến đổi thành điện áp và được đo bằng một máy đo điện, và hiển thị ra kí hiệu điện tử đặc trưng của các phân tử.

Làm nhỏ thiết bị này chủ yếu là để giảm bớt năng lượng cần để vận hành nó, một phần cũng là vì nhiều năng lượng dành cho việc tạo ra môi trường chân không ở nơi chứa điện trường. Một lợi ích khác về kích cỡ nhỏ nữa là thiết bị nhỏ hơn có thể được chế tạo một cách chính xác bằng quy trình chế tạo vi mạch. Quy trình chế tạo theo công nghệ khối cũng sẽ giúp cho việc chế tạo các máy phát hiện trở nên rẻ hơn.

Akinwande và các nhà khoa học nghiên cứu của MIT Luis Velasquez-Garcia dự kiến sẽ trình bày công trình của họ tại hội thảo Công nghệ chế tạo các hệ vi cơ điện 2008 (MEMS) vào ngày 13 tháng 1. Tháng 12 vừa qua họ đã công bố phát minh của họ tại buổi họp về Các thiết bị điện tử quốc tế.

Cuộc nghiên cứu này được khởi xướng cách đây 3 năm với sự hỗ trợ của Cơ quan quản lý dự án nghiên cứu tiên tiến của Bộ Quốc phòng và Trung tâm hệ thống quân đội Mỹ ở Natick, Mass.