VŠB-TU OSTRAVA
CIZOJAZYČNÝ PŘEKLAD
Jiří Gürtler
SN 171
Catch the Waste Automate temperature monitoring of municipal composting operations Municipalities typically generate a large amount of compostable material as a byproduct of their wastewater treatment operations. The "green" cities turn this unappealing substance into something of benefit to everyone, but the transformation doesn't happen all on its own. Compost is made by first creating large windrows or piles of bio-solid waste material mixed with an amendment such as wood chips. The windrows are laid out in huge, covered warehouses or barns, or outdoors. Once a windrow is created, it is allowed to biodegrade in accordance with EPA guidelines. The temperature, moisture, and oxygen content of the compost during this exothermic process must be monitored and controlled to prevent the matter from spoiling or igniting. Until recently, the only way to keep an eye on the compost's working entailed putting fixed, hardwired sensors or manual probes into the windrows. But the sensors were invisible to machine operators who came with rotating tillers to turn the piles and add water as needed, or to remove a composted windrow and replace it with new raw material. Goodbye, sensors! Manual monitoring requires someone to walk up and down the windrows, inserting a long probe here and there and writing down the data. Local "hot spots" make such data unreliable, and, if the compost is outside and the weather's bad, the job might not get done. Embedding removable temperature sensors into the windrows to wirelessly monitor the composting process proved tricky. Compost absorbs radio waves, limiting both the communication range and acceptable sensor placement sites. And the sheer size of the processing barns keeps individual radio signals from sensors at the far reaches of the structure from reaching a central wireless communications hub. Industrial Telemetry figured out a solution. The BioMESH system embeds wireless-enabled temperature probes into the compost piles. A mesh networking scheme designed by RF Monolithics sends the temperature readings to the next probe closer to the hub, which in turn relays the data on to the hub along with its own report. The sensors, from Reotemp Instruments (www.reotemp.com/), are attached to a long metal pole. The tops of the sensors are painted so that the machine operators can readily see and remove them before turning or removing a windrow. And in time, community waste becomes food for community parks and gardens.
Catch the Wave Collect storm surge data during a hurricane Accurate data on the behavior of storm surges could lead to more intelligent zoning, infrastructure, and land management programs. According to Ben McGee, a supervisory hydrologist with the U.S. Geological Survey (USGS), "storm surge data had always been generated after the storm. We'd basically go into a storm-impacted area . . . and look for highwater marks." Hurricane Katrina got members of the USGS's Ruston, LA, office thinking about how helpful it would be to track surge levels during the storm. Then came Rita, which gave them that chance.
A number of federal and private agencies are interested in storm surge level data: FEMA for flood zone labeling and building codes, and the USGS for scientific purposes such as understanding the water quality effects of storm surge and its effect on ecosystems. And the affected states apply the data to relief funding and making decisions about where it is safe to rebuild. As Rita made for land, McGee and his team had 72 hours to secure USGS approval to buy 46 HOBO water-level data loggers from Onset, get them to Louisiana, and install them in protective housings in areas expected to be hit hard. Based on a digital elevation model, that area looked to be ~4000 sq. mi., so judicious selection of monitoring points was essential. The team worked all night to mount the loggers on pilings, bridges, and other Louisiana coast structures likely to survive the hurricane. The loggers were configured using laptops running HOBOware software, and programmed to measure and record water levels every 30 s around the clock. They were then placed in housings made of 1.25 in. O.D. steel pipe. A week later, about 80% were recovered. The USGS team is off-loading and analyzing the data, which will be stored in a database and displayed in a timeseries format to give researchers a visual sense of the flood as it happened.
Nanoscale Materiales ?What They Could Do for Sensing Technology What has a surface area the size of a football field, structural features smaller than a pinpoint, and can be custom designed to detect specific chemicals for integration into a superior sensor? If you guessed functional multiscale materials—also known as nanoscale materials—you would be correct. What are these amazing materials and how will they revolutionize sensing technology? Because of the minuscule size of nanoscale materials (1 nm = 10–9 m), their chemical and physical properties differ from those of their bulk counterparts and therefore behave differently. One of these properties is an ability to be "functionalized" or custom-designed to attract specific molecules; another is an extremely high surface area tucked into a tiny space. The unique characteristics of nanoscale materials make them a perfect fit for the sensor world. Integrating them into existing sensors can increase the devices' sensitivity, selectivity, and speed. In addition, the large surface area and low volume greatly facilitate sensor miniaturization. Figure 1. Self-assembled monolayers on mesoporous supports (SAMMS), based on a coating process that makes silica bind to selected metals; among potential applications: remediation, water treatment, catalysts, and controlled-release markets Researchers at the Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) are integrating functionalized nanoporous silica and carbon nano-tubes—both nanoscale materials— into a variety of sensor applications to meet urgent needs in fields ranging from biomedicine and environmental remediation to national security. The scientists' goal is to lay the foundation for a miniaturized sensor that uses the smallest sample to detect the smallest concentration of molecules of interest. "Ideally we'd like to be able to just walk into a room and find one molecule
of what we're looking for with a sensor the size of a pinhead and say, 'it's here' without concentrating or distilling all of the air in the room," says Tim Bays, a PNNL scientist who works on the functional multiscale materials team. While researchers admit that they have a long way to go before they can effectively achieve this goal, they have made progress in the laboratory. According to Shane Addleman, another member of the team, "We have demonstrated a million-fold improvement in sensors for detection of metals, radionuclides, and gases with the correct integration of nanoscale materials."
Nanoporous Silicas—Selective, Fast, High-Loading One particularly promising area of nano R&D is a functionalized nanoporous silica called selfassembled monolayers on mesoporous supports (SAMMS, Figure 1), the work of PNNL's Glen Fryxell and Jun Liu. Nanoporous silicas, such as the ones used as the scaffolding in SAMMS technology, contain millions of tiny pores. The nooks and crannies of the pores provide extremely high surface area in a low volume—one tablespoon of SAMMS contains the surface area of a football field, ~5000 sq. yd., which can be loaded with reactive sites where molecules can bind. "The beauty of functional multiscale materials is the ability to make all that space usable," Bays says. And that is done by "functionalizing" or designing a monolayer that is attached to the pores and that seeks out certain substances. Thiol-modified SAMMS has been designed to capture mercury and has also shown an affinity for binding with other "soft" heavy metals, including lead, cadmium (a toxic component of Ni-Cd batteries), gold, silver, and copper. Other types of SAMMS have been designed to capture chemicals such as arsenic (arsenate), chromium (chromate), and radionuclides. The bottom line is that specific functional groups can be designed to target specific ions or molecules. Yuehe Lin is leading a PNNL project for the DOE Office of Science's Environmental Management Science Program to develop SAMMS-based electrochemical sensors for detecting and quantifying toxic metal ions, including mercury, cadmium, copper, lead, and uranium in mixed waste and groundwater. One of the greatest benefits of functionalized SAMMS is its ability to preconcentrate. "The concentration of some metal ions in nature may be as low as two or three parts per billion—too low to be detected without preconcentration," says Wassana Yantasee, a PNNL engineer working on this project. Because SAMMS can be designed to "cherry pick" specific molecules out of solution and retain them in its pores, it can effectively preconcentrate even quantities down to 0.1 ppb, according to Bays. As Yantasee explains, "SAMMS used as an electrode coating preconcentrates the substance we want to detect right on the electrode surface, which is an important component of electrochemical sensors." Preconcentration also allows sensor portability. "Most in situ detection methods currently used do not preconcentrate," Bays says. "Typically, you need a lab to preconcentrate and that involves going out, scooping up a liter of river water, transporting it, and then concentrating it at the lab." Although the up-front costs may be higher in some applications, SAMMS's ability to be specific can offer considerable savings in environmental applications (Figure 2). PNNL scientists put the costs at one-fourth that of using a commercial resin to dispose of mercury and an even better ROI
over activated carbon. The smaller amount of SAMMS material required to capture the mercury reduces the cost of disposal.
SAMMS-Based Sensor Platforms Yantasee and Lin are working on three sensor platforms. Thin-film SAMMS (Figure 3) is a coating that can be applied to the electrode surface of a sensor. It works on any type of surface, and PNNL researchers are using it on microchip electrodes. This could be a first step toward miniaturizing sensing devices. A second platform involves disposable screen-printed electrodes that have been coated with SAMMS mixed with a conductive material. These electrodes are convenient and inexpensive; they can be dipped into a solution for a quick reading on the concentration of certain metal ions and then discarded. Their potential applications include diagnostics by health professionals in countries where medical facilities are not readily available and in detecting biomarkers for diseases. Yantasee and Lin are also developing an automated, portable sensor unit. At present it is about the size of a shoebox and incorporates a microchannel device in which samples and reagents are programmed to flow in sequence over the electrode surface for a specified period of time, ~5 s, before providing a reading. The sensor can be set to take readings at specified times during the day. The next step will be a remotely controlled unit for use in nuclear proliferation activities to detect radioactive substances where there is risk of human exposure.
Fine-Tuning Carbon Nanotubes SAMMS material's behavior is a function of its extensive interior surface area, while that of carbon nanotubes—fine carbon filaments—is based on their exterior surface (Figure 4). "You can put a lot of them together so you get the same benefits of low volume and high reactivity of SAMMS," Bays says. "Their strong suit is specificity and electrical conductivity (Figure 5). Because carbon nanotubes are conductive, they can provide a signal each time a target substance binds to the enzyme attached to the nanotube." PNNL researchers are putting nano-tubes to work as biosensors and improving the way they can be chemically customized to form the basis for a wide variety of devices, including atmospheric and blood sensors. Yuehe Lin and Guodong Liu fashioned carbon nanotubes into a portable, automated sensor system for organophosphate (OP) detection. Besides posing a serious environmental hazard, OP compounds are the raw materials for nerve agents. Detecting these compounds could give emergency personnel a head start in responding to a terrorist attack in which such agents are used. To make these extremely sensitive sensor materials, Lin and Liu ued a layer-by-layer selfassembly technique to attach enzymes to the surface of carbon nanotubes. These are the same enzymes present in neurotransmitters, the impulses that enable nerve cells to communicate. Next,
they prepared a 3 mm dia. sensor with the carbon nanotubes and their bound enzymes. Enzymatic activity is damped in the presence of OP. Acting as electrodes, the nanotubes detect the inhibition as a muted signal and pass that information to an off-the-shelf electrochemical detector. The detector was plugged into a notebook computer for an instant reading of OP at concentrations down to 1 ppt. Most existing OP sensors respond to levels between parts per million and parts per billion. (A paper based on the results has been accepted for publication in Analytical Chemistry.) Testing another sensor configuration, Lin, colleagues from PNNL, and researchers from Boston College demonstrated that carbon nanotubes could be used in broad biomedical applications such as measuring blood sugar. In a paper published in the February 2004 issue of Nano Letters, Lin described how he stood carbon nanotubes ~50 nm in dia. on end (Figure 6). They were treated with the enzyme glucose oxidase and anchored to an epoxy-covered material that acted as an electrode contact. The tips of the enzyme-covered nanotubes protruded through an insulation layer, allowing them to come into contact with blood. Sugar in the blood started a catalytic reaction, the energy from which was conveyed via the carbon-nanotube electrodes. The stronger the signal, the higher the blood sugar level. Lin credits the sensor's utility to the reactivity of the enzyme, the excellent conductivity of carbon nanotubes, and the enormous nanoelectrode array—about 1 million nanotubes integrated on a 5 3 5 mm microchip electrode. The next step will be to integrate the microchip electrode into a portable unit to work with blood samples.
Vision With their ability to react rapidly and with extreme sensitivity, functional multiscale materials may dramatically improve sensing technology. These advances and others possible with engineered applications of functional multiscale materials will open many new opportunities for sensors in environmental, biomedical, national security, and industrial arenas.
Catch the Wear Corrosion is the leading cause of production and process equipment failure. Not only are equipment downtime and component replacement expensive, but also in many cases product leakage constitutes an environmental threat. Motiva Enterprises LLC refines and markets aviation and automotive fuel. When it came time to upgrade parts of its Port Everglades, FL, facility, the company opted for a system consisting of corrosion probes and an automated data reporting scheme. Corosometer electrical resistance probes from Rohrback Cosasco Systems were placed inside the hollow bottoms of the 15 tanks used for fuel storage. The probe elements are sacrificial; they corrode at the same rate as the tanks and as they do, their resistance increases accordingly. A transmitter adjacent to each tank outputs a standard 4–20 mA analog signal to the CordPager remote monitoring unit, which transmits the data via satellite once a week to a Web site. If required, the system could report on a daily basis. Motiva can access and download the data from any remote location.
Zachycení odpadu Automatické sledování teplot obecných kompostovacích operací Magistráty typicky vytvářejí velké množství compostního materiálu jako bioproduct jejich vodoodpadních čistících operací,. "Zelené " města obrátí tuto neaplikovatelnou substanci do něčeho výhodého pro každého, ale transformace se nestane se všemi jeho vlastnostmi. Kompost je dělán tím, že nejprve vytvoří velké hrázky materiálu nebo hromady bio-kostek materiál pevného odpadu, který se míchá s doplňkem takovým jako jsou dřevěné třísky. Hrázky materiálu jsou vyloženy v obrovských, krytých skladištích nebo stodolách, nebo venku. jakmile hrázka materiálu je vytvořena, to je dovoleno k biodegrade v souhlase s EPA směrnicemi. Teplota, vlhkost, a kyslíkový obsah kompostu během tohoto exothermického procesu musí být sledována a řízením se předcházi od zkažení nebo vznícení. Donedávna, jediný způsob, jak držet sledovat kompost pracovní znamenané umístění rozhodlo, hardwired senzory nebo ruční sondy do hrázek materiálu. Ale senzory byly neviditelné pro obsluhy stroje, které šly s otáčejícími se řídícími pákami otočit hromady a přidat vodu podle potřeby, nebo odstranit kompostovanou hrázku materiálu a nahradit to novým syrovým materiálem. Sbohem, senzory! Sledování manuálu žádá někoho přistoupit a sestřelit hrázky materiálu, vložit dlouhou sondu tady a tam a zapsat si data. Místní "aktivní body " dělat taková data nespolehlivý, a, jestliže kompost je vnější a počasí špatný, práce by nemohla být dělána. Vložit vyměnitelná tepelná čidla do hrázek materiálu k wirelessly sledovat kompostování proces ukázal se ošidný. Kompost pohltí rozhlasové vlny, omezit jak rozsah komunikace tak přijatelná senzorová umísťovací místa. A naprostá velikost stodol zpracování ponechá si individuální rádiové signály od senzorů u daleko sáhne struktury ze dostat se k centrálnímu bezdrátovému systému rozbočovač komunikace. Průmyslová telemetrie přišla na řešení. BioMESH systém uloží bezdrátové umožněné teplotní sondy do hromad kompostu. Spletité síťovací schéma navržené RF Monolithics pošle teplotě četby k příští sondě blíže k rozbočovači, které podle pořadí přenáší data na k rozbočovači spolu s jeho vlastní zprávou. Senzory, od Reotemp nástrojů (www.reotemp.com/), být spojený s dlouhou kovovou tyčí. Vrcholy senzorů jsou malované aby operátoři mohou ochotně vidět a odstraňovat je předtím, než otočí nebo odstraní hrázku materiálu. A včas, odpad společenství se stane potravou pro parky společenství a zahrady.
Zachycení vlnění Sběr nárustu bouřkových údajů během hurikánu Přesná data při chování nárůstů bouře mohla vést k více inteligentní zónování, infrastruktuře, a vedení země programuje. Podle Bena Mcgeea, supervisory hydrologist s americkým geologickým průzkumem (USGS), "bouřková nárůstová data vždy byla vytvořena po bouři. My jsme měli v podstatě bouří ovlivněná oblast. . . a hledli jsme znaky velké vody." Hurikán Katrina dostala členy USGS's Ruston, LA, kancelář si mysla jak nápomocné to by bylo k dráhovým nárůstovým úrovním během bouře. Pak přišla Rita, která jim dala tu šanci.
Množství federálních a soukromých agentur se zajímá o nárůst úrovně bouřkových dat: FEMA pro zónu záplavy označovala a stavěla kódy, a USGS pro vědecké účely takový jak rozumějící vodní kvalitní efekty nárůstu bouře a jeho účinku na ecosystems. A zasažené státy aplikují data na pomocné financování a rozhodnutí výroby o kde to je bezpečné obnovit. Jako Rita směřoval k zemi, Mcgee a jeho tým měl 72 hodin zajistit USGS souhlas koupit 46 vodní hladiny tuláka lesní dělníci dat od počátku, dostat je k Louisianě, a instalovat je v ochranných krytech v oblastech čekal, že je udeřit tvrdě. Založený na digitálním výškovém modelu, ta oblast obrátila se na být ~4000 sq. mi., tak soudný výběr bodů sledování byl základní. Tým pracoval celou noc přidělat lesní dělníky na pilíře, mosty a jiné Louisiana pobřežní struktury pravděpodobné, že přežije hurikán. Lesní dělníci byli konfigurovaní používat přenosné počítače běžící HOBOware software, a programoval změřit a zaznamenat hladiny vody každý 30 s kolem hodin. Oni byli pak uložení v ubytováních myslel si o 1.25 v. O.D. ocelová trubka. Týden později, o 80% byl obnoven. USGS tým skládá a analyzuje data, který bude uložen v databázi a vystavený ve formátu časové řady dávat výzkumníky vidění záplavy jako to stalo se.
Nano Materiály ? Co můžou udělat pro technologii snímání Co má plochu povrchu velikosti fotbalového pole, konstrukční detaily menší než určitelné, a může na zakázku navrhonutl detekování specifické chemikálie pro spojení do nadřazeného senzoru? Jestliže jste si mysleli že funkční multiscale materiály také známé jako nano materiály mysleli byste správně. Co jsou tyto úžasné materiály a jak revoluční jsou technologií? Kvůli nepatrné velikosti nano materiály (1 nm = 10-9 m), jejich chemické a fyzické vlastnosti se liší od těch jejich protějšků velikosti a proto chovat se různě. Jeden z těchto vlastností je schopnost být "functionalized " nebo zvyk navrhl líbit se specifickým molekulám; jiný je extrémně vysoká plocha povrchu daná do malého prostoru. Jedinečné vlastnosti nano materiálů je učiní dokonalým záchvatem pro svět senzoru. Začlenit je do existujících senzorů moci zvýšit citlivost zařízení, selektivitu a rychlost. Ve sčítání, velké ploše povrchu a nízké hlasitosti velmi usnadnit miniaturizaci senzoru. Číslo 1. Self se shromáždil monolayers na mesoporous podporuje (SAMMS), založený na procesu pokovování, který nutí křemenku zavázat k vybraným kovům; mezi potenciální aplikace: remediation, zalévat léčbu, katalyzátory a řízené propouštěcí trhy Výzkumníci u ministerstva energetického Pacific severozápadu národní laboratoř (PNNL) začlení functionalized nanoporous křemenka a uhlík nano-tubes-both nanoscale materiály do palety senzorových žádostí se setkat s nutnými potřebami v polích sahat od biomedicine a environmentální remediation k bezpečnosti státu. Vědecký cíl má položit základ pro zmenšený senzor, který používá nejmenší vzorek objevit nejmenší koncentraci molekul zájmu. "Ideálně my bychom rádi byli schopní jen vejít do místnosti a najít jednu molekulu čeho my hledáme se senzorem velikost špendlíkové hlavičky a říct, 'to je tady' bez koncentrovat nebo pálit všechny vzduchu v místnosti, " říká Tim Bays, PNNL vědec, který pracuje na funkční multiscale tým materiálů.
Výzkumníci chvíle připustí, že oni mají dlouhý způsob, jak jít před oni mohou účinně dosáhnout tohoto cíle, oni dělali pokrok v laboratoři. Podle Shanea Addleman, další člen týmu, "My jsme demonstrovali záhyb miliónu zlepšení v senzorech pro detekci kovů, radionuclides, a plyny se správnou integrací nanoscale materiály."
Nanoporous Silicas-Selective, rychlý, vysoký náklad Jedna obzvláště slibná oblast nano R&D je functionalized nanoporous křemenka volala selfassembled monolayers na mesoporous podporuje (SAMMS, číslo 1), práce PNNLovy rokle Fryxell a Jun Liu. Nanoporous silicas, takový jako ones používal jako lešení v SAMMS technologii, obsahovat milióny malých pórů. Kouty a pukliny pórů poskytují extrémně vysokou plochu povrchu v nízké hlasitosti jedna lžíce SAMMS obsahuje plochu povrchu fotbalového pole, ~5000 sq. yd., který může být předpojatý se reaktivními polohami kde molekuly mohou vázat. "Krása funkční multiscale materiály je schopnost dělat všechny ten prostor použitelný, " Bays říká. A to je hotové by "functionalizing " nebo navrhnout monolayer to je spojené se póry a to hledá jisté substance. Thiol-modified SAMMS byl navržený ke rtuti zachycení a také ukazoval spříznění s vázáním se jiní "měkký " těžké kovy, včetně vedení, kadmium (jedovatá součást Ni-Cd baterií), zlato, stříbro, a měď. Jiné druhy SAMMS byly navržené k chemikáliím zachycení takový jako arzenik (arzeničnan), chróm (chromate), a radionuclides. Dolní řádka je to specifické charakteristické skupiny mohou být navržené k cílovým specifickým iontům nebo molekulám. Yuehe Lin vede PNNL projekt pro kancelář laně vědy environmentální vedoucí vědní program vyvinout SAMMS-based electrochemical senzory pro odhalovat a počítat jedovaté kovové ionty, zahrnovat rtuť, kadmium, měď, vedení, a uran ve smíšeném odpadu a podzemní vodě. Jeden z největších výhod functionalized SAMMS je jeho schopnost k preconcentrate. "Koncentrace některých kovových iontů v skutečnosti může být jako minimum jako dva nebo tři části na miliardu příliš nízký být odhalen bez preconcentration, " říká Wassana Yantasee, PNNL inženýr, který pracuje na tomto projektu. Protože SAMMS může být navržený k "výběr třešně " specifické molekuly z řešení a udržet je v jeho pórech, to může účinně preconcentrate vyrovnat množství dole k 0.1 ppb, podle zásuvek. Jako Yantasee vysvětluje to, "SAMMS používal jako povlak elektrody preconcentrates substance, kterou my chceme odhalit pravý na povrchu elektrody, který je důležitá součást electrochemical senzory." Preconcentration také dovoluje přenositelnost senzoru. "Nejvíce v situ detekční metody současně použitý dělat ne preconcentrate, " Bays říká. "Typicky, vy potřebujete laboratoř ke preconcentrate a to zahrnuje jít ven, vybrat litr říční vody, transportovat to, a pak koncentrovat to u laboratoře." Ačkoli přímé náklady mohou být vyšší v některých aplikacích, SAMMSova schopnost být přesný může nabídnout značné úspory environmentálních aplikací (Číslo 2). PNNL vědci dali ceny u jednoho to používat komerční pryskyřici se zbavit rtutě a dokonce zlepšit ROI přes aktivní uhlí. Menší množství SAMMS materiálu vyžadovalo k zachycení rtuť sníží cenu nakládání.
SAMMS - Základní senzorové platformy
Yantasee a Lin se zaměří na tři senzorové platformy. Tenká vrstva SAMMS (Číslo 3) je povlak, který může být aplikován na povrch elektrody senzoru. To práce na nějakém druhu povrchu a PNNL výzkumníků používají to na elektrodách mikročipu. Toto mohlo být první krok k zmenšujícímu snímání zařízení. Sekundu platforma zahrnuje použitelnou obrazovku tištěné elektrody, které byly pokryté SAMMS stýkaly se s vodivou látkou. Tyto elektrody jsou příhodné a levné; oni mohou být namočení do řešení pro rychlé čtení na koncentraci jistých kovových iontů a pak odhodil. Jejich potenciální aplikace zahrnují diagnostiku profesionály zdraví v zemích kde léčebné prostředky nejsou snadno dostupné a v odhalit biomarkers pro nemoci. Yantasee a Lin také vyvíjí automatizovanou, přenosnou senzorovou jednotku. V současnosti to je okolo velikost shoebox a začlení microchannel zařízení ve kterých vzorkách a činidlech být naprogramovaný proudit ve sledu přes povrch elektrody pro specifikované časové období, ~5 s, předtím, než poskytuje čtení. Senzor může být připravený vzít četby u stanovených časů během dne. Příští krok bude vzdáleně řízená jednotka pro použití v aktivitách šíření jaderných zbraní odhalit radioaktivní substance kde tam je riziko expozice člověka.
Konečné dolaďování karbonových nanotub SAMMS chování materiálu je funkce jeho rozsáhlé vnitřní plochy povrchu, zatímco ti uhlíku nanotubes-fine uhlíková vlákna je založený na jejich vnější ploše (Číslo 4). "Vy můžete dát množství jich spolu tak vy dostanete stejné výhody nízké hlasitosti a vysokou reaktivitu SAMMS, " Bays říká. "Jejich silná stránka je přesnost a elektrická vodivost (Číslo 5). Protože uhlík nanotubes být napomáhající, oni mohou poskytovat signál vždy když cílová substance váže k enzyme připojil se k nanotube." PNNL výzkumníci jsou umístění nano-tubes pracovat jako biosensors a zlepšit cestu oni mohou být chemicky přizpůsobení tvořit základ pro širokou paletu zařízení, včetně atmosferický a krevní senzory. Yuehe Lin a Guodong Liu vyrobil uhlík nanotubes do přenosného, automatizovaného senzorového systému pro organophosphate (Operace) detekce. Vedle postavit vážné ekologické riziko, separace operace jsou suroviny pro agenty odvahy. Odhalit tyto sloučeniny mohly dát nehodě personál hlavní začátek v reagovat na teroristický útok ve kterém takoví agenti jsou použití. Dělat tyto extrémně citlivé senzorové materiály, Lin a Liu ued layer-by-layer sestavovací technika připojit enzymes k povrchu uhlíku nanotubes. Tito jsou stejní enzymes dar ve neurotransmitters, popudy, které umožní nervové buňky komunikovat. Další, oni připravili 3 mm dia. senzor s uhlíkem nanotubes a jejich vázaný enzymes. Enzymatická aktivita je snížena v přítomnosti operace. Fungovat jako elektrody, nanotubes zachytit inhibici jako tlumený signál a povolení ty informace k off-the-shelf electrochemical detektor. Detektor byl se napojil na počítač notebooku pro okamžité čtení operace u koncentrací dole k 1 ppt. Většina existujících operačních senzorů reaguje na úrovně mezi částmi na milión a části na miliardu. (Papír založený na výsledkách byl přijatý pro publikaci v analytické chemii.)
Testovat další konfiguraci senzoru, Lin, kolegové od PNNL, a výzkumníci z Boston vysoké školy demonstrovali ten uhlík nanotubes mohl být použit v širokých biomedicínských aplikacích takový jak měřící cukr v krvi. V papíru vydaném v únoru 2004 výtisku Nano dopisů, Lin popsal jak on vydržel uhlík nanotubes ~50 nm v dia. bez přestání (Číslo 6). Oni byli zpracovaní se enzyme glukóza oxidase a připevnil k epoxy-covered materiál, který choval se jako kontakt elektrody. Tipy enzyme-covered nanotubes vysunul přes vrstvu izolace, dovolit jim vstoupit do kontaktu s krví. Cukr v krvi odstartoval katalytickou reakci, energie od kterého byla odeslána prostřednictvím carbon-nanotube elektrody. Silnější signál, úroveň cukru v krvi. Lin připočítá senzorovou pomůcku k reaktivitě enzyme, vynikající vodivost uhlíku nanotubes, a obrovský nanoelectrode pole o 1 miliónu nanotubes integrovaný na 5 3 5 mm elektroda mikročipu. Příští krok bude začlenit elektrodu mikročipu do přenosné jednotky k práci se vzorky krve.
Vize S jejich schopností působit rychle a s extrémní citlivostí, funkční multiscale materiály mohou dramaticky zlepšit technologii snímání. Tyto zálohy a jiné možný s připravenými aplikacemi funkční multiscale materiály budou otevírat mnoho nových příležitostí pro senzory v environmentální, biomedicínská, národní bezpečnost, a průmyslové arény.
Zachycení opotřebení Koroze je hlavní příčina výroby v procesech a přístrojich vzniku poruchy. Není jen prostoj vybavení a nahrazení komponentu drahé, ale také v mnoho případech propouštění produktu představuje ekologickou hrozbu. Motiva Enterprises LLC čistí a prodává letectví a automobilismu palivo. Když přišelo čas aktualizovat části jeho přístavu Everglades, FL, zařízení, společnost se rozhodla pro systém složený ze sond koroze a automatizovaného datového zpravodajského schématu. Kororznímeter, elektrické odporové sondy od Rohrback Cosasco systémů byly umístěny v dutých dnech 15 tankerů požívaných na zásobu paliva. Elementy sondy jsou obětní; oni korodují do stejné míry jako tankery a jako oni dělají, jejich odpor se zvětší společně. Vysílač přilehlý ke každému výstupy tankeru, standardně 4-20 mA analogový signál CordPager vzdálenému sledování jednotka, který přenáší data přes satelit jednou týdně k internetovému místě. Jestliže požadovaný, systém mohl ohlásit denně. Motiva může zpřístupňovat a stahovat data z nějakého vzdáleného umístění.
