الكشف المتقدم عن الغاز والروائح عبر الرقاقات الحيوية

يتم تسليط الضوء على الكشف المتقدم عن الغاز والروائح عبر الرقاقات الحيوية من قبل BTW Media لأن الأدلة المنشورة تربطه بالبنية التحتية للإنترنت أو الحوكمة أو التبعيات التشغيلية أو رؤية السوق.

• يُدمج فريق البروفيسور FAN Zhiyong شبكات أنابيب نانوية لتصل إلى 10,000 جهاز استشعار للغاز في الرقاقة الواحدة.
• تظهر رقاقات BOC حساسية وقدرة تمييز ملحوظة لـ24 رائحة مميزة في الخلطات المعقدة.

في إنجاز ثوري، قدم مهندسو جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا (HKUST) رقاقات الشمية الحيوية (BOC)، معلنين عن عصر جديد في تكنولوجيا كشف الروائح. تحاكي هذه الرقاقات حاسة الشم البشرية، وتوفر حساسية وقدرة تمييز استثنائية، مما يحدث ثورة في تحليل الروائح ويمهد الطريق لتطبيقات مبتكرة.

اقرأ أيضًا:اليابان تتعاون مع الاتحاد الأوروبي في أبحاث الرقاقات ومواد السيارات الكهربائية

التغلب على تحديات الشم الاصطناعي

نجح فريق من كلية الهندسة بجامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا (HKUST) في التغلب على التحدي الطويل الأمد المتمثل في تصنيع أجهزة استشعار شمية اصطناعية مجهزة بشبكات استشعار غاز عالية الأداء. يأخذ إنجازهم الثوري شكل رقاقات الشمية الحيوية (BOC)، التي تدمج شبكات استشعار أنابيب نانوية على ركائز نانوية المسام، مع ما يصل إلى 10,000 جهاز استشعار للغاز في الرقاقة الواحدة. يحاكي هذا الإعداد عن كثب آلية الشم لدى البشر والحيوانات.

لعقود، سعى باحثون حول العالم لتطوير الشم الاصطناعي والأنوف الإلكترونية (e-noses) لمحاكاة العمل المعقد لأنظمة الشم البيولوجية، وخاصة لتمييز الخلطات المعقدة من الروائح. ومع ذلك، أعاقت عقبات كبيرة التقدم، خاصة فيما يتعلق بالتصغير وتحسين قدرات التعرف لتحديد أنواع الغاز وتركيزاتها بدقة في خلطات الروائح المعقدة.

تطبيقات متعددة والتكامل مع الروبوتات

لمواجهة هذه التحديات، صمم فريق البحث بقيادة البروفيسور FAN Zhiyong، في قسم الهندسة الإلكترونية والحاسوبية وقسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية بجامعة HKUST، تدرجًا في تركيب المواد يسمح بدمج أجهزة استشعار متنوعة على رقاقة نانوية صغيرة. وبفضل دمج الذكاء الاصطناعي، تظهر رقاقات الشمية الحيوية حساسية استثنائية لغازات متنوعة ويمكنها التمييز بفعالية بين الغازات المخلوطة وتحديد 24 رائحة مميزة. لتوسيع تطبيقات رقاقات الشمية، قام الفريق أيضًا بدمجها مع أجهزة استشعار بصرية على كلب آلي، مما أنشأ نظامًا شميًا وبصريًا هجينًا يمكنه تحديد الأشياء بدقة في حجيرات مخفية.

يعد تطوير رقاقات الشمية الحيوية بتعزيز التطبيقات الحالية في الغذاء، والمراقبة البيئية، والتشخيص الطبي، والتحكم في العمليات الصناعية، مع فتح إمكانيات جديدة في الأنظمة الذكية مثل الروبوتات المتقدمة والأجهزة الذكية القابلة للارتداء لدوريات الأمن وعمليات الإنقاذ.

على سبيل المثال، في تطبيقات المراقبة في الوقت الفعلي ومراقبة الجودة، يمكن لرقاقات الشمية الحيوية اكتشاف وتحليل روائح محددة أو مركبات متطايرة مرتبطة بمراحل مختلفة من العمليات الصناعية لضمان السلامة، وتحديد الغازات غير الطبيعية أو الخطرة في المراقبة البيئية، وتحديد موقع تسربات الأنابيب لإصلاحات سريعة.

يمثل هذا التقدم التكنولوجي اختراقًا كبيرًا في رقمنة الروائح، مماثلاً للرقمنة الواسعة للمعلومات البصرية التي سهلتها تقنيات أجهزة استشعار الصور الحديثة. بينما شهدت المعلومات البصرية تقدمًا كبيرًا، تأخرت المعلومات الشمية بسبب نقص أجهزة استشعار الروائح المتقدمة. يمهد عمل فريق البروفيسور Fan الطريق لتطوير أجهزة استشعار شمية حيوية ذات إمكانات هائلة للتبني الواسع، على غرار انتشار الكاميرات المصغرة في الهواتف الذكية والإلكترونيات القابلة للارتداد، مما يثري حياة الناس.

نظرًا للمستقبل، يخطط البروفيسور Fan لمزيد من التقدم في الهندسة الحيوية، حيث يمكن للمواد المتوافقة حيويًا أن تسمح بدمج رقاقات الشمية على جسم الإنسان. يمكن أن يمكن هذا الابتكار من اكتشاف روائح لا يمكن إدراكها عادةً ومراقبة تشوهات الجزيئات العضوية المتطايرة في التنفس والمنبعثة من الجلد، وتوفير إنذارات مبكرة لأمراض محتملة.