Biológiai eredetű fotonikus nanoszerkezetek alkalmazása szelektív gáz-, gőzérzékelésre
Title in English
The use of biological photonic nanostructures for selective gas and vapour sensing
Keywords in Hungarian
nanoszerkezet, fotonikus kristály, érzékelő
Keywords in English
nanostructure, photonic crystal, sensor
Discipline
Electronic Devices and Technologies (Council of Physical Sciences)
50 %
Physics (Council of Physical Sciences)
30 %
Ortelius classification: Applied optics
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Ortelius classification: Biophysics
Panel
Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent
MTA Research Institute for Technical Physics and Materials Science
Starting date
2010-10-01
Closing date
2013-09-30
Funding (in million HUF)
7.020
FTE (full time equivalent)
2.39
state
closed project
Summary in Hungarian
Egy korábbi munkában megmutattuk, hogy az egyes, fotonikus nanoszerkezetek által színezett szárnyú lepkefajok szárnyai faj- és (gőz/gáz)-specifikus optikai válaszjelet adnak (reflexiós maximum spektrális eltolódása), ha a környező levegőbe illékony szerves anyagok gőzeit keverjük. A tervezett munka biológiai eredetű fotonikus nanoszerkezetek felhasználásával optikai kiolvasás elvén működő gázérzékelő tulajdonságainak kutatásával foglalkozik. Célja feltárni a különböző gáz-, vagy gőzkörnyezet (jellemzően szerves oldószerek gőzei) hatását a különböző lepkéken fellelhető fotonikus kristály típusú nanokompozitok fényvisszaverési tulajdonságaira. A visszavert fény spektrális változása a szerkezet és a gáz függvénye is, így várhatóan szelektív érzékelő készítése is lehetséges. A munka magában foglalja a korábban szerkezetileg vizsgált (SEM és TEM) nagy számú minta optikai jellemzését, a gázkeverő rendszer megépítését, a mérési adatok kiolvasására és feldolgozására alkalmas hardver és szoftver elkészítését és az adatok értelmezését. A feltárt összefüggések nemzetközi referált folyóiratokban közölhetők és egyaránt hozzájárulnak a biológia, optikai méréstechnika és szenzorika területekhez. A fejlesztés iránya a gyors válaszú kis anyagigényű - az optikai spektrométert LED dióda – fényérzékelő párosra cserélő - kis fogyasztású és kis helyet foglaló, kémiai anyagot azonosítani képes eszköz felé tart.
Summary
We showed earlier that certain physically colored butterfly wings (possessing “structural color”) exhibit an optical response (shift in reflectance maxima) when adding vapors of volatile organic compounds to ambient atmosphere, which is both butterfly species and gas specific. The proposed work investigates the gas sensing properties of natural photonic nanostructures, using optical read-out. The aim is the revealing of the effect of gas or vapor (typically volatile organic compounds, VOC) on light reflectance properties of photonic crystal type nanocomposites found on different butterfly wings. The spectral change of the reflected light depends on the composition of the ambient atmosphere and also on the wing nanostructure, so the preparation of a selective sensor is expected. The proposal includes the optical characterization of a large amount of earlier described (scanning and transmission electronmicrographs) samples, building a gas-mixing apparatus, designing and building proper hardware and software to read and process optical data, and computer based interpretation of the data. The revealed correlations will be published in referred international journals and they will contribute both the fields of biology, optical measurements, and sensorics. The final target is developing a high speed, low-cost (use of LED – photosensor instead of spectrophotometer) low-consumption, small chemically selective detecting device.
