Preoblikovanje tehnologije senzorjev: zasnova robustnih elektrokemičnih (bio)senzorjev z uporabo celične arhitekture "inverznega sendviča"

Namen predlaganega projekta je raziskati različne vrste elektrokemičnih senzorjev in biosenzorjev, da bi izboljšali njihovo vzdržljivost, dolgo življenjsko dobo in odpornost na ekstremne okoljske pogoje ter hkrati ohranili njihove meje zaznavanja. Raziskave bodo potekale na obstoječih napravah, ki uporabljajo elektroaktivne tankoplastne komponente, nanesene na tanke kovinske podlage, npr. nerjavno jeklo, aluminij ali druge kovinske folije. Raziskave bodo osredotočene na integracijo obstoječih materialov za zaznavanje v novo arhitekturo senzorja (tako imenovani ""inverzni sendvič""), ki lahko vzdrži neugodne okoljske pogoje, kot so ekstremne temperature, korozivna okolja in velike zunanje mehanske sile. Za razvoj trajnih senzorjev, ki se lahko uporabljajo v nosljivi elektroniki, prenosni diagnostiki in avtomatiziranih aplikacijah, bodo uporabljene različne vrste senzorskih materialov, kot so organski tankoslojni premazi, funkcionalizirana sol-gel keramika, prilepljeni proteini ali encimi, modificirana živila in drugi komercialno dostopni biomateriali. Novost predlaganega raziskovalnega projekta je, da bo osredotočen na arhitekturo naprav in njihov vmesnik med elektrolitom in elektrodo ter da si bo prizadeval za uporabo obstoječih tankoplastnih senzorskih materialov, ki so znanstveno zreli, ter za vključitev industrijsko dostopnih komponent in postopkov. Raziskave se bodo osredotočile tudi na trajnost in odpornost preučevanih naprav na obremenitve, s poudarkom na razvoju novih metod za testiranje naprav v ekstremnih okoljskih pogojih, od kemičnih do mehanskih obremenitev.            Glavni cilj predlaganih raziskav je preučiti metode in možnosti za povečanje robustnosti obstoječih elektrokemičnih (bio)senzorjev v kompaktno in robustno enoto. Sama raziskava bo potekala v več fazah: 1) Analiza in pregled obstoječih elektrokemičnih in biosenzorskih naprav z uporabo uveljavljenih elektrokemičnih, spektroskopskih in morfoloških metod. 2) Implementacija arhitekturnih rešitev, razvitih za elektrokromne naprave in fotosenzorje, kot so ""inverzni sendvič"" ali naprave iz tkanine in mreže, za iskanje ustreznih inženirskih rešitev, ki bi jih lahko uporabili za nove robustne senzorske naprave, ki bi se lahko uporabljale v prenosni diagnostiki, nosljivi elektroniki in avtomatskem nadzoru. 3) Razvoj in dokumentacija podatkov in testnih protokolov za preučevanje obstoječih in novih naprav v neugodnih okoljskih pogojih (velika deakceleracija, ekstremne temperature, odpornost proti koroziji) ter objava rezultatov v recenziranih revijah. 4) Uporaba računalniških orodij za digitalizacijo obstoječih rezultatov in razvoj računalniških simulacij, ki lahko predvidijo nadaljnje modifikacije elektrokemičnih celic za kemične senzorje in biosenzorje ter povečajo stopnjo njihove tehnološke pripravljenosti (TRL) od konceptualne oblike (TRL 1-2) do laboratorijskih prototipov, testiranih v simuliranih pogojih (TRL 3-5). Projekt se bo osredotočil na dva dela razvoja elektrokemijskih senzorjev in biosenzorjev. Prvi del je interakcija med sestavnimi deli nespremenjenih naprav, pri čemer se osredotoča na izdelavo elektroaktivnega filma in preučevanje interakcij med elektrodo in elektrolitom. Ta del bo vključeval tudi testiranje naprav v neugodnih pogojih ter pripravo testnih protokolov in njihovo preverjanje. Drugi del bo osredotočen na računalniške metode za optimizacijo naprav in napovedovanje arhitekturnih rešitev ter sestavljanje novih senzorskih naprav in njihovo testiranje v skladu z vzpostavljenimi protokoli. Rezultati bodo pridobljeni na več načinov, in sicer z analizo materialov (elektrokemične, spektroskopske, morfološke in fizikalne lastnosti tekočin), testiranjem naprav (tako pridobivanje podatkov kot analiza naprave po izpostavitvi) in računalniškimi simulacijami (simulacija obnašanja elektroaktivnih materialov in vmesnika elektroda-elektrolit).