Sensor applications based on nano-and micro-technologies

With more than 100 online participants this event attracted a lot of specialists in the field. The presentations covered an amazing field of applications from the research phase as well as applied methods. Session one covered the applications for healthcare and session two had a focus on Nano-particle detection for nano-safety. Although both topics are not strictly separated.
Read briefly what the talks were about and follow the link to the presentations.

We learned from Prof. Yogendra Kumar Mishra, SDU, about new materials for sensing that base on ZnO in the form of tetrapods with fantastic properties allowing not only 3D structures but also the infiltration with other materials. The sponge-like structures allow the trapping of bacteria and have the potential to detect viruses applying antibodies. (Link to presentation)
Dr. Fabian Lofink, Fraunhofer ISIT, gave us insights on piezoelectric materials and their applications to MEMS sensors and a focus on AlScN and its recently discovered ferroelectricity. (Link to Fraunhofer ISIT)
A presentation by Dag Winther Svendsen, Abena, of integrated sensors and real-time data collection to help patients with incontinence problems gave practical insights into the development at Abena. (Link to webpage)
Lars Blohm, Campton Diagnostics, develops in cooperation with the Fraunhofer ISIT a silicon-based biochip platform that is applicable for a wide range of immunological and molecular-biological based tests. ( find the presentation here and the webpage)
Assoc. Prof. Jacek Fiutowski, SDU, introduced several methods that were investigated in the course of the CheckNano project to detect nanoparticles as they pose possible hazards to humans. To be able to detect them in real-life samples a combination of several methods seems best including separation and enrichment of nanoparticles and then a detection. (find the presentation here)
Dr. Coline Bretz, LS Instruments, introduced the possibilities that Static (SLS) and Dynamic (DLS) Light Scattering offers. New developments were explained, including the Modulated 3D Cross-Correlation technology for sample characterization. ( Link to the webpage .)
Dr. Christoph Johann, Wyatt Technology, is a specialist in asymmetrical Flow-FFF for the characterization of nanoparticles in dilute suspensions. Field-Flow Fractionation has the potential to separate nanoparticles in complex media. (find the presentation here and the webpage )

Skabelonassisteret partikelmontage som en innovativ rute til hurtig registrering

I CheckNano-projektet har vi udviklet to alternativer og skalerbare tilgange til konstruktion af partikelarrays i flere målestokke, baseret på kapillærkræftassisteret nanopartikelsamling (CAPA) og hurtig skabelonassisteret fangst af sølv nanokugler med topografisk mønstrede polydimethylsiloxanforme (PDMS). Sidstnævnte er en modificeret version af skabelonassisteret selvsamling (TASA) tilgang, hvor den samlede tid for processen blev reduceret til mindre end 5 minutter (rTASA)-Fig. 1. I stedet for at fange enkelte partikler, hvilket ville resultere i et relativt lavt signal til støjforhold fanger vi partiklerne i tætpakket arrangement. Partikler med tæt emballage udgør rige plasmoniske resonanser, som gør det muligt at skræddersy det optiske respons på både nano- og makroskalaen.

I begge montagemetoder anvendes topografisk PDMS -forme af nanoskalerede huller til at lede samlingen af monodisperse nanopartikler ind i strukturerede klynge -arrays. Mens CAPA sikrer den højeste præcision i partikelpositionering, hvilket fører til fuldt kontrolleret skræddersyning af de optiske egenskaber (sammenlign også her ), bringer rTASA hastighed og brugervenlighed, hvilket eliminerer trin, der kræver præcis menisk styring .

Figure 1 Rapid Template assisted particle assembly (rTASA)

Til demonstration blev en blanding af koncentreret Ag (5 mg/ml, 50 nm diameter) nanopartikler afsat på et todimensionalt firkantet gitter af PDMS. Endelig blev de optiske transmissionsdata for både CAPA og rTASA kolloidal mønster undersøgt i VIS-NIR spektralområdet. Afhængigt af array -pitchafstanden og antallet af partikler pr. fælde er det gennemsnitlige transmissionsfald mellem 20 – 80%, hvilket gør detekteringen mulig ved hjælp af de mest enkle spektroskopiske løsninger.

 

 

Detektion af nanopartikler via billedbehandlingsteknikker

Fig. 1 Identifikation af enkelte partikler.

Fig.2 Når partiklerne er blevet identificeret, kan algoritmen følge deres bevægelse.

CCM ELECTRONIC ENGINEERING udvikler en metode til at skelne nanopartikler fra billeder i darkfield-mikroskopi. Målet er at detektere partiklenes hastighed og bestemme deres størrelse i henhold til den Browniske bevægelsesmodel. Ricky Jacobsen beskriver proceduren for os.
Partikler er forfiltreret og flyder for eksempel i en mikrofluid chip til et mikroskop, der tager mørkefeltbilleder. Billederne viser tydeligt partikler, men det er ikke muligt at bestemme størrelsen direkte.

På CCM udvikler Ricky en algoritme til at spore bevægelsen af ​​enkeltpartikler. Det første trin reducerer baggrunden i billederne elektronisk for at kunne følge enkeltpartikler. Det andet trin sporer partiklerne i betragtning af nærhed og lighed mellem partikler i to billeder (fig. 1 og fig. 2).
Denne partikelsporing er særlig udfordrende, fordi partiklerne er meget ens, og mønstergenkendelse virker ikke. Ricky har brug for at bestemme egnede parametre til valg af de rigtige partikler. Når sporingen har et hit, kan algoritmen bestemme partikelhastigheden. Ved hjælp af Brownian Motion-teori kan man efterfølgende bestemme partikelstørrelsen.
For at opnå den krævede detektionsnøjagtighed skal algoritmen behandle mange billeder og det vil øge den nødvendige mængde lagrede og håndterede data.