Уменьшение размеров различных типов инструментов — еще один пример того, как использование этой технологии привело к значительному прогрессу. Одним из таких инструментов является система газовой хроматографии, используемая в ряде научных, медицинских и промышленных предприятий для разделения и анализа опасных летучих органических соединений в газах, жидкостях и твердых телах.
В течение последних нескольких лет Масуд Ага, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Брэдли Технологического института Вирджинии, использовал награду Национального научного фонда для разработки платформы газовой хроматографии размером с кредитную карту, которая может анализировать летучие соединения за секунды.«Преимущества, которые могут обеспечить такие миниатюрные инструменты, включают портативность для анализа в удаленных местах с высокой пропускной способностью и низкой стоимостью», — сказал Ага. Зону боевых действий можно считать удаленным местом.В ходе исследования Ага выявил проблему, которая позволила ему разработать новую технологию.
Он пояснил, что исследовательское сообщество более активно применяет «гибридный интегрированный подход» к разработке системы микрогазовой хроматографии, и этот метод относительно «менее эффективен в монолитном интегрированном подходе».Ага объяснил, что подход гибридной интеграции позволяет индивидуально миниатюризировать основные компоненты системы на отдельно изготовленных микросхемах. Затем эти компоненты собираются вручную с использованием имеющихся в продаже гидравлических межсоединений вне кристалла.«Этот гибридный метод интеграции приводит к увеличению стоимости изготовления, поскольку он включает раздельную обработку отдельных компонентов», — добавил Ага.
«Ручная сборка отдельных компонентов — действительно обременительная работа, которая увеличивает общий вес и площадь основания системы микрогазовой хроматографии. В некоторой степени; гибридный интегрированный подход несовместим с целью исследования микрогазовой хроматографии, поскольку дальнейшее улучшение условий размер, стоимость и производительность могут быть достигнуты за счет единой микросхемы или монолитной интеграции компонентов микрогазовой хроматографии », — добавил он.«Результаты экспериментов действительно обнадеживают и устраняют описанные мною недостатки», — сказал Ага. «Газовая хроматография на кристалле обеспечивает высокоэффективное разделение и обнаружение, сокращение времени анализа с использованием программирования температуры и потока, а также быстрое время отклика обнаружения, подходящее для высокоскоростной газовой хроматографии».Надежность системы тоже была впечатляющей.
Было обнаружено, что результаты очень воспроизводимы с отклонениями менее 10 процентов, и никакого износа электродов возбуждения детектора не наблюдалось после 12 часов непрерывной работы.Эта работа была в первую очередь поддержана Национальным институтом безопасности и гигиены труда и Национальным научным фондом (NSF) под номерами наград 1R21OH010330 и ECCS-1002279 соответственно.