Objekte können auch einen Tast-, Geschmacks- und Geruchssinn haben! Wie entwickelt sich die Sensortechnologie?

Kürzlich berichtete die international renommierte Fachzeitschrift Nature über die neuesten wissenschaftlichen Forschungsergebnisse zu tragbaren Sensoren. Dieser tragbare Sensor ist im ausgeschalteten Zustand durchscheinend und kann im eingeschalteten Zustand einfallendes Infrarotlicht erkennen, sodass der Träger Infrarotlicht erkennen kann, das für das menschliche Auge unsichtbar ist. Mithilfe dieser Technologie können Ärzte während einer Operation erkranktes Gewebe sichtbar machen.

Also, was ist ein Sensor? Einfach ausgedrückt ist ein Sensor ein Gerät, das Objekte und ihre Veränderungen in der Umgebung überwacht und die überwachten Informationen zur weiteren Verarbeitung an andere elektronische Geräte, beispielsweise Computer, sendet. Zum besseren Verständnis verwenden wir die fünf Sinne des Körpers und des Gehirns als Analogie. Die Augen können die bunte Welt sehen, die Ohren können schöne Musik hören, die Nase kann den Duft von Blumen riechen und der Mund kann köstliches Essen schmecken. Augen, Ohren, Nase und die anderen fünf Sinne übermitteln die gesammelten Informationen an das Gehirn, sodass wir die Schönheit des Lebens erfahren können. Dabei entsprechen unsere Augen und Ohren den Sensoren und unser Gehirn den Computerprozessoren.

Sensoren kommen im täglichen Leben häufig zum Einsatz, beispielsweise in Schreibtischlampen, deren Helligkeit durch Berühren zu unterschiedlichen Zeitpunkten angepasst werden kann, in Flurleuchten mit Sprachsteuerung und in verschiedenen Geräten, die Temperatur, Druck oder Durchfluss messen. Durch die Existenz und Entwicklung von Sensoren haben Objekte Sinne wie Tast-, Geschmacks- und Geruchssinn erhalten, sodass sie allmählich lebendig werden.

Chemische Sensoren sind eine Art Spezialsensor, der zur Überwachung und Erfassung chemischer Substanzen entwickelt wurde. Sie werden normalerweise verwendet, um bestimmte chemische Komponenten in Gasen oder Flüssigkeiten zu überwachen und die chemischen Signale in Strom- oder Spannungssignale umzuwandeln. Das heißt, chemische Sensoren können verschiedene Eigenschaften chemischer Substanzen wie Konzentration, Zusammensetzung usw. überwachen und in elektrische Signale umwandeln.

Im wirklichen Leben können Menschen aufgrund ihres eingeschränkten Geruchssinns Kohlenmonoxid nicht erkennen und erleiden eine unbewusste Vergiftung. Die Entwicklung chemischer Sensoren hat die Grenzen der menschlichen Sinne durchbrochen. Mithilfe von kohlenmonoxidempfindlichen Halbleitern lassen sich chemische Sensoren herstellen, die schnell und bequem den Kohlenmonoxidgehalt im Raum überwachen und so einer Vergiftung vorbeugen können.

Ein idealer chemischer Sensor erfordert eine hohe Empfindlichkeit, gute Selektivität, Langzeitstabilität und schnelle Reaktion. Chemische Sensoren werden durch die äußere Umgebung beeinflusst, daher sollten ihre Leistungsparameter und Indikatoren so weit wie möglich optimiert werden.

Die funktionale Realisierung chemischer Sensoren umfasst zwei Hauptschritte, nämlich Erkennung und Transduktion. Im Erkennungsschritt interagiert das zu messende Objekt gezielt mit dem Sensorerkennungselement, was zu einer Veränderung des physikalischen Parameters führt. Diese Änderung wird über einen Sensor zurückgemeldet, der ein Ausgangssignal erzeugt. Zu den Materialien, die zur Herstellung chemischer Sensoren verwendet werden, zählen Halbleitermaterialien, Keramikmaterialien, temperaturempfindliche Materialien, Leuchtstoffe usw. Sie werden häufig in der wissenschaftlichen Forschung, der chemischen Industrie und verschiedenen Prüfeinrichtungen, beispielsweise in der klinischen Medizin, bei industriellen Prozessen und in der Umweltüberwachung, eingesetzt. Die Entwicklung chemischer Sensoren hat den sozialen Fortschritt gefördert und es uns ermöglicht, die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie in unserem Leben wirklich zu spüren.

Nichtinvasive tragbare chemische Sensoren haben in den Bereichen der persönlichen Gesundheitsüberwachung und medizinischen Diagnose enorme Aufmerksamkeit erlangt. Im Vergleich zu herkömmlichen Diagnosemethoden ermöglichen diese Sensoren eine nicht-invasive, kontinuierliche Überwachung und Analyse in Echtzeit. Zu den Designs für tragbare chemische Sensoren gehören Tätowierungen, Kleidung und Accessoires. Die erfolgreiche Entwicklung nichtinvasiver, tragbarer chemischer Sensoren wird den Menschen dabei helfen, ihre persönliche Gesundheit zu kontrollieren, potenziellen Krankheiten vorzubeugen und letztlich ihre Lebensqualität zu verbessern.

Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat die chemische Sensortechnologie allmählich mehr Aufmerksamkeit erhalten. Der Entwicklungstrend der modernen Sensortechnologie besteht in der Entwicklung neuer Materialien, neuer Prozesse und neuer Sensoren, um Multifunktionalität, hohe Präzision, Integration, Intelligenz, Miniaturisierung und drahtlose Vernetzung zu erreichen. Chemische Sensoren werden in Zukunft in großem Umfang zum Umweltschutz und zur Überwachung der Umwelt, zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten sowie zur Verbesserung der Lebensqualität der Menschen eingesetzt.

(Der erste Autor ist Professor und Doktorvater an der Northwest Normal University, und der zweite Autor ist Masterstudent an der Northwest Normal University)