革命性突破！超低功耗毒氣偵測器問世 守護公共安全

想像一下，如果將煙霧警報器的概念升級，放置在交通樞紐等公共場所，即時偵測空氣中的致命化學物質，這將為民眾與軍方提供多一層安全保障。美國桑迪亞國家實驗室的科研團隊，歷時三年成功開發出一款超低功耗化學感測器，專門用於偵測沙林毒氣等化學戰劑與工業氣態毒素。

沙林毒氣是一種劇毒神經毒劑，短短數分鐘內就能致人於死地。雖然國際公約已明文禁止生產與儲存沙林毒氣、其他神經毒劑及芥子毒氣，但恐怖攻擊事件中仍可見其蹤影。研究團隊主持人、微電子工程師平林美惠子表示：「我們希望研發出一款能長期部署在現場的感測器，不必頻繁更換電池。」這項設計理念，想必讓半夜爬起來更換煙霧警報器電池的人深有同感。

這款感測器的核心技術在於採用多孔性溶膠凝膠材料，其結構類似噴塗隔熱泡沫，能有效吸附沙林毒氣等有害物質。生物醫學工程師菲利普·米勒解釋：「多孔結構大幅增加化學物質的附著面積，分子捕捉量越多，警報反應就越迅速。無論是別在衣領上的個人偵測器，或是部署在現場的固定式裝置，都能及時發出避難警示。」

當沙林分子附著在電極間的溶膠凝膠材料上時，會改變材料的電容特性。研究團隊同時探索阻抗測量技術，雖然功耗較高但選擇性更強，特別適用於辨識與常見空氣成分相似的目標化學物質。為實現超低功耗目標，團隊與維吉尼亞大學合作開發專用讀出積體電路，將溶膠凝膠的微小變化轉換為有效訊號。

負責電路設計的感測器工程師傑西·穆迪指出：「最大挑戰在於開發能偵測電容薄膜極細微變化，並以超低功耗轉換為數位訊號的裝置。」這款採用65奈米製程的電路，尺寸僅有人類頭髮的1/1500，運作速度更快且更省電，能在千分之幾秒內完成10個化學感測通道的狀態檢測。

值得一提的是，這項突破性技術的晶片製造委由全球頂尖的臺積電代工。透過多專案晶圓（MPW）模式，桑迪亞團隊與其他公司分攤高昂的開模成本。研究人員更創新地使用高功率雷射移除其他公司的設計，並以聚合物填補空隙，成功在完整晶圓上進行後續開發。

最終成品的單片式感測系統尺寸僅1平方英寸，功耗表現優異。雖然因時間限制未能完全解決漏電問題，但經過最佳化後，直接連線的設計將展現更低功耗優勢。這項概念驗證成功後，研究團隊正尋求更多資金支援，持續開發能同時偵測多種有害化學物質的長效型感測器。

米勒興奮地表示：「整合超低功耗微控制器與溶膠凝膠感測器的創新設計極具挑戰性，但我們已為後續實用化裝置開發開闢出一條明確道路。」這項技術突破，將為公共安全防護帶來革命性的進展。

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