Katedra fyziky VŠB-TU Ostrava získala patent na unikátní měřící senzor
Katedra fyziky na Fakultě Elektrotechniky a informatiky Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě si připsala nebývalý úspěch. Navrhla měřící senzor, který se podařilo dostat až do fáze evropského patentu. Tento návrh umožňuje širší využití senzoru.
Senzory detekující plyny i kapaliny dosud na trhu chybějí
V případě Laboratoře interferometrie a plazmoniky se úsilí věnované v průběhu několika posledních let problematice povrchových vln zúročilo v podobě evropského patentu. Podařilo se ověřit a následně úspěšně získat patent s názvem „Způsob analýzy indexu lomu polarizačně citlivým optickým senzorem“.
Takový senzor lze využít při detekci plynů, par a kapalin a při úpravě povrchu vrstvy, která je v kontaktu s měřeným prostředím (tzv. funkcionalizace povrchu), lze provádět i detekci specifických biologických látek. Senzory založené na tomto vynálezu mající schopnost detekovat jak plyny, tak kapaliny v současné nabídce produktů chybějí.
Řešení popsané v patentu může nalézt uplatnění v nejrůznějších oblastech techniky, jako je třeba diagnostika životního prostředí s ohledem na detekci škodlivin ve vzduchu a ve vodě, dále v lékařské diagnostice jak při sledování výdechu pacienta, tak pro detekci specifických biologických látek v tělních tekutinách.
Obecně řečeno lze takto sledovat různé veličiny, pokud se dají převést na měřitelné změny indexu lomu. Tato problematika samozřejmě není uzavřenou oblastí a zajímavý výzkum různých fotonických struktur v Laboratoři interferometrie a plazmoniky stále pokračuje.
Patent jako výsledek několikaletého výzkumného projektu
Patent se podařilo přihlásit Katedře fyziky, která je součástí Fakulty elektrotechniky a informatiky Vysoké školy báňské. „Mám na starosti oddělení optické diagnostiky, v němž pracujeme v různých oblastech, jako jsou interferometrie, senzorika atd. Výstup v oblasti senzoriky se týká dílčích záležitostí toho senzoru, který pracuje na principu povrchové plazmonové rezonance, nebo senzorů Blochových povrchových vln. To jsou právě senzory, které využívají nového směru a přístupu,” uvádí vedoucí laboratoře Petr Hlubina.
Zde v současné době působí několik odborných skupin. Jednou z nich je skupina optické diagnostiky, která existuje k dnešnímu dni skoro dvacet let. V začátcích byl odborný zájem skupiny orientován hlavně na vláknovou optiku, speciálně na vývoj měřicích metod pro stanovení důležitých parametrů speciálních optických vláken.
Hlavní důraz byl kladen na metody využívající spektrální interferometrie a z tohoto důvodu byla na Katedře fyziky založena Laboratoř interferometrie a vláknové optiky. „Účastnili jsme se projektu, který spadal do operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání v letech 2018–2020. Tři roky se řešil konkrétní projekt s názvem Nové kompozitní materiály pro enviromentální aplikace. V rámci projektu jsme měli jako výstup návrh patentu,” upřesnil Dalibor Ciprian, který se na vývoji podílel.
Senzory využívají tzv. povrchové plazmonové rezonance: „Část projektu, na které jsme pracovali, se zaměřovala na využití zmíněných senzorů pro sledování prostředí, třeba škodlivin ve vodě, ve vzduchu atd. Návrh nového senzoru byl základním výstupem projektu. Podařilo se to dovést až do evropského patentu.”
Senzor, který nabízí široké využití
Výhodou senzoru je to, že je schopen měřit nejrůznější fyzikální veličiny: „Nabízí se využití pro aplikace, které se týkají diagnostiky životního prostředí, například určování prvků ve vodě, které tam nepatří. Obecně mohu říct, že tento senzor se hodí ke sledování jak plynných analytů, což je prostředí, které diagnostikujeme, tak kapalných. Můžete sledovat změnu vlhkosti vzduchu, obsah kovů apod. Záleží na tom, k čemu chcete senzor použít,” konstatoval Dalibor Ciprian.
Patent umožňuje rozšířené využití senzorů: „Je velká skupina plazmonových senzorů, které využívají povrchové plazmonové rezonance. Mají tenkou vrstvu kovu a za speciálních podmínek se na jejich povrchu vybudí plazmonová vlna. Pokud je v blízkosti zlata prostředí, jehož index lomu se mění, pak povrchová plazmonová vlna reaguje na změnu indexu lomu a projeví se to odrazivostí celé hranolové sestavy, tomu se říká Kretschmannovo uspořádání. Rezonance se mění podle změny index lomu. Představte si, že byste měli alkohol tester, na senzor by jednoduše někdo foukal a podle odezvy by byl přístroj schopen odhadnout procento alkoholu ve výdechu", uvádí prof. Hlubina jako příklad.”
Senzory pro opakované využití
Na Katedře fyziky nyní pracují na druhé skupině senzorů, které využívají Blochovy povrchové vlny. Ty vznikají u systémů mnoha dialektických vrstev, což je nesporná výhoda oproti zlatu, protože dielektrikum je ohromné prostředí. „Dochází k zesílení, vzniká zde povrchová vlna, která je stejně jako plazmonová vlna citlivá na prostředí v okolí krystalu. Analogicky jsme schopni pomocí Blochovy povrchové vlny sledovat indexy lomu. Lze to využít pro alkohol tester, senzor vlhkosti. Když chcete sledovat obsah kyslíku, použijete speciální vrstvu, která váže pouze molekuly kyslíku, což se promítne do rezonance, a zařízení bude fungovat pouze jako senzor kyslíku. Takto je možné senzor modifikovat pro to, co právě chcete. Fotonické krystaly, ve kterých se generují Blochovy vlny, se připravují z dielektrických materiálů, takže je můžete použít třeba stokrát nebo tisíckrát, na rozdíl od plazmonových struktur, kde odezva na tenké vrstvě zlata už není taková jako na začátku. Má omezenou životnost,” vysvětluje Dalibor Ciprian.
Konkrétní senzor je v rukou zájemců o licenci
V současné době se rozebíhají jednání s firmami, které by patent mohly využívat: „Máme evropský patent a nabízí se základní otázka, kdo ho využije, tedy kdo získá licenci. Sledujeme, jestli je v zahraničí zájem, máme kontakt na firmu z regionu. Jde o potenciálního zájemce, kterému jsme vše vysvětlili. Důležité je, aby se o našem řešení vědělo a aby se někdo chopil šance, kterou nabízíme. Výsledkem pak bude konkrétní senzor,” uzavřel prof. Hlubina.
Zajímáte se o využití IoT senzorů?
