Cảm biến nano mồ hôi

Lần đầu tiên triển khai theo hướng ứng dụng này, Phòng thí nghiệm Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) tại EPFL (Trường đại học khoa học, kỹ thuật và công nghệ Thụy Sĩ)  đã thiết kế một thiết bị cảm biến điện tử nhỏ, kích thước như một con tem, có thể dính kết được gắn vào cánh tay để theo dõi trong thời gian thực mức độ hydrat hóa, tình trạng stress hay mệt mỏi khi một người chạy bộ. Theo Adrian Ionescu, giám đốc Nanolab cho biết, sự cân bằng ion trong mồ hôi của một người có thể cung cấp thông tin quan trọng về tình trạng sức khỏe của người đó. Công nghệ mới này có thể phát hiện ra sự hiện diện của các hạt tích điện cơ bản với nồng độ cực thấp như các ion và proton, chúng phản ánh không chỉ sự cân bằng pH của mồ hôi mà còn cho thấy cả sự hydrat hóa phức tạp hơn của tình trạng mỏi mệt. Theo các nhà nghiên cứu cho biết, dùng công nghệ này còn có thể theo dõi nồng độ các loại protein theo cách chức năng hóa thích hợp.

Chip hai-trong-một

Được công bố trên Tạp chí ACS Nano thiết bị này dựa trên cơ sở các tranzito tương tự như các tranzito được hãng Intel sử dụng trong các bộ vi xử lý tiên tiến. Trên các tranzito tiên tiến có tên gọi "FinFET" này, các nhà nghiên cứu đã cố định một kênh vi lỏng để chất lỏng cần phân tích chảy qua. Khi các phân tử đi qua, điện tích của chúng gây nhiễu bộ cảm biến, điều đó cho phép suy luận ra thành phần của chất lỏng.

Thiết bị mới này không chỉ chứa các cảm biến, mà còn có cả các tranzito và các mạch điện cho phép khuếch đại các tín hiệu và đây là một đổi mới quan trọng. Đặc điểm này dựa trên một thiết kế phân lớp, tách riêng phần điện tử với chất lỏng. Thông thường, cần sử dụng một bộ cảm biến riêng để phát hiện và một mạch điện để tính toán và khuếch đại tín hiệu. Tuy nhiên, trong con chip này, các bộ nhạy và mạch điện được đặt trên cùng một thiết bị tạo nên một mạch tích hợp cảm biến. Việc sắp xếp gần nhau như vậy đảm bảo cho các tín hiệu không bị nhiễu hoặc biến đổi, do đó có thể đạt được số đo ổn định và chính xác.

Nhưng đó chưa phải là tất cả. Kích thước của các tranzito chỉ bằng 20 nanomet, nhỏ hơn từ một trăm đến một nghìn lần so với độ dày của một sợi tóc - do đó có thể đặt cả một mạng lưới cảm biến trên một con chip, trong đó mỗi cảm biến xác định một hạt khác nhau. Vì vậy, có thể phát hiện ra cả nồng độ canxi, natri hoặc kali trong mồ hôi, theo các nhà nghiên cứu cho biết.

Một thiết bị cảm biến đặc biệt ổn định

Công nghệ được phát triển tại EPFL ưu điểm hơn các đối thủ cạnh tranh do nó cực kỳ ổn định, tương thích với các thiết bị điện tử hiện có (CMOS), sử dụng điện năng cực thấp và dễ dàng tái tạo các mảng cảm biến lớn. Theo nhóm nghiên cứu cho biết, trong lĩnh vực cảm biến sinh học, công nghệ nano được chú trọng nghiên cứu, đặc biệt là về các sợi nano silic và ống nano. Nhưng các công nghệ này thường không ổn định và do đó hiện tại không thể sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp. Trong khi thiết bị cảm biến mới này, được bắt đầu từ một công nghệ tiên tiến, đã được làm thích nghi với yêu cầu cảm biến trong cấu hình chất lỏng. Độ chính xác cao của thiết bị điện tử này khiến cho nó dễ dàng nhân sao lên hàng triệu cái với cùng đặc điểm giống nhau.

Ngoài ra, công nghệ này không tiêu hao nhiều năng lượng. Có thể nạp điện cho 10.000 bộ cảm biến chỉ bằng một pin năng lượng mặt trời.

Cho đến nay, các thử nghiệm đã được tiến hành bằng cách tuần hoàn chất lỏng nhờ vào một máy bơm nhỏ. Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm cách để hút mồ hôi vào ống vi lỏng bằng con đường mao dẫn. Điều này sẽ giúp loại bỏ sự cần thiết phải gắn một máy bơm vào miếng dán phân tích nhỏ này.