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Compostos orgânicos voláteis são substâncias químicas emitidas como gases que podem ter efeitos adversos à saúde. Eles são frequentemente encontrados em tintas, produtos farmacêuticos e refrigerantes, entre outros produtos comuns, mas também podem atuar como marcadores de explosivos, infestação de insetos, deterioração de alimentos e doenças.
O rastreamento de VOCs é importante para a segurança pública e todos os problemas relacionados ao “cheiro”. Para tanto, em Revisões de Física Aplicada, da AIP Publishing, Liu et al. introduziu um projeto de câmara baseado em mecânica de fluidos para um nariz eletrônico (e-nose) que detecta consistentemente VOCs em baixas concentrações. A estratégia, que inclui o uso de um dispositivo tipo shunt para controlar o comportamento do fluxo de fluido, é um passo à frente no desenvolvimento da tecnologia de nariz eletrônico.
Os métodos para detectar VOCs enfrentam muitos desafios em termos de seletividade, sensibilidade, reprodutibilidade e estabilidade. Os narizes eletrônicos, inspirados no sistema olfativo, podem superar algumas dessas barreiras combinando conjuntos de sensores químicos com técnicas de reconhecimento de padrões para reconhecer odores.
No entanto, muitos narizes eletrônicos geram sinais diferentes para VOCs da mesma concentração quando o sensor está localizado em diferentes partes da câmara do “nariz”.
“Para neutralizar esse problema, o comportamento fluídico do fluxo de gás precisa ser bem controlado”, disse o autor Weiwei Wu. “Isso garante um campo fluídico uniforme e concentração de VOCs na câmara e evita a geração de quaisquer características de detecção falsas”.
O design inicial do nariz eletrônico apresentava uma câmara vertical que se parecia muito com um chuveiro. Isso promove o fluxo vertical à medida que o gás se espalha pelos orifícios na parte inferior do dispositivo e ao redor dos sensores distribuídos uniformemente.
Usando simulações de mecânica de fluidos, a equipe otimizou o volume, a simetria, a localização do orifício e a localização do sensor de sua câmara de nariz eletrônico. Eles adicionaram um dispositivo tipo shunt para promover o fluxo de fluido e diminuir o tempo de resposta.
Com base em seus resultados de simulação, os pesquisadores fabricaram uma câmara de Teflon e mediram o desempenho de detecção de seu nariz eletrônico. Eles compararam duas câmaras, uma com o shunt e outra sem. A câmara com o dispositivo de derivação teve um desempenho consistentemente cerca de 1,3 vezes melhor na detecção de um VOC de exemplo.
No futuro, os autores planejam se concentrar em minimizar a câmara e melhorar ainda mais a estrutura para diminuir o tempo de resposta e recuperação.
“A pesquisa do nariz eletrônico é um campo altamente interdisciplinar”, disse Wu. “Químicos, físicos, biólogos, engenheiros eletrônicos e cientistas de dados precisam trabalhar juntos para resolver problemas, incluindo detecção eficaz que considera os mecanismos fundamentais de absorção/dessorção, algoritmos que alcançam o reconhecimento preciso de VOCs mais rapidamente e com menor consumo de energia e como novas tecnologias, como memristors, devem estar envolvidas.”
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