的本文的第一部分研究了感知纳米级流速的挑战,比如在血管中发现的流速。相比之下,第二部分着眼于石墨烯,元素碳的同素异形体位于用于测量这些流动的新传感器的中心。第三部分也是最后一部分介绍了研究项目本身,该项目设计了一种传感器,可用于低至每秒微米(相当于每小时不到4毫米)的流量,同时还提供短期和长期的稳定性和高性能。
他们的目标是建立一个自供电的微装置,它可以实时地将微流体通道中持续的脉动血流转换为电荷转移电流,以响应石墨烯-水界面的变化。该团队通过使用单层石墨烯的单个微电极实现了这一目标,该电极通过接触通电从流动的血液中收集电荷,而不需要外部电流供应。
他们用延伸在微流体通道上的石墨烯单微电极装置制作了丙烯酸芯片(图1).为此,他们通过化学气相沉积(CVD)制备了单层石墨烯,并通过电解将其转移到芯片上。在基本测试中,他们使用一个注射泵,以精确控制的速度驱动抗凝全牛的流动通过微流体通道。
然后,他们将石墨烯微电极连接到库仑计运算放大器(运放)的逆变输入端。石墨烯从溶液中获得的电荷储存在放大器的反馈电容中并进行量化。石墨烯器件的电荷转移电流与血流速度呈线性相关(图2),导致电流响应(流致电流相对于零流速时电流的变化)与流速成正比关系(图3).
该传感器设备的分辨率为0.49±0.01 μm /sec(在1 hz带宽下),与现有的基于设备的流量传感方法相比,有了大约两个数量级的显著改进,同时超薄(单原子层)设备被污染或导致通道堵塞的风险很低。
与任何传感器一样,人们总是关注短期和长期的稳定性和一致性。对于前者,他们测量了持续两小时以上的连续五步血流的实时流速。测量速度具有较高的重复性,波动最小,为±0.07 mm/s。在后一项测试中,他们评估了一种设备,该设备可进行6个月的间歇测量。该装置的血流灵敏度在平均值0.39 pA-sec/mm上下波动,标准差为±0.02 pA-sec/mm,相当于平均值的±5.1%。这些数字表明关键性能指标的变化极小(图4).
该项目的细节,包括所需的化学制剂、试验安排和相关过程,都在他们的初步文件中。”石墨烯的流感接触电气化的PDF版本自然通讯.的non-pdf网络版也有链接到他们补充信息,再加上一个30秒的视频信号的一个单独的链接视频说明.
结论
与如此多的基础研究一样,你永远不知道结果会有什么用途或应用(没有人预见到1937年Isidor I.用原子和分子束磁共振方法观察原子光谱和核磁共振(NMR)的发展。Rabi在1960年代末和1970年代初导致了MRI成像技术的发展——它们似乎是两个完全不相关的项目。难以捉摸的石墨烯的发展及其随后作为标准商业产品的可用性,为在许多商业产品和科学功能中利用其独特且有些怪异的特性打开了机会。
EE世界相关内容
- 石墨烯固态器件——未来会怎样?
- AstroSlide 5G手机:电子和石墨烯将使其运行
- 科里奥利流量计:局部应用的微妙全球效应,第1部分:挑战
- 科里奥利流量计,第2部分:原理
- 科里奥利流量计,第3部分:流量计设计
- 科里奥利流量计,第4部分:未来
- 核磁共振成像(MRI),第1部分:如何工作
- MRI,第二部分:历史发展(和诉讼)
- TT Electronics的自校准流体传感器使工程师能够轻松地纠正系统变化
- 基于晶圆的隧道磁阻模拟传感器瞄准流体测量应用程序
- 超声传感器的工作原理、应用及局限性
外部引用
石墨烯相关
- 《大英百科全书》公司石墨”
- 石墨烯的信息。”石墨烯是什么?”
- 曼彻斯特大学,国家石墨烯研究所(NGI)
- 《科学美国人》。”碳仙境”(2008)
- APS的消息。”石墨烯的发现”(2004)
- 科学”,原子薄碳膜中的电场效应(2004)(在付费墙后面)
- ResearchGate。”原子薄碳膜中的电场效应”(不收费)
- YouTube。”原子薄碳膜中的电场效应”(20分钟的视频)
流量传感器相关
- 自然通讯。”石墨烯的流感接触电气化”(pdf)
- 自然通讯。”石墨烯的流感接触电气化(非pdf网页版本)
- 自然通讯。”补充信息”
- 无标题的30秒的视频+视频说明
- 马萨诸塞大学。”马萨诸塞大学阿默斯特研究人员开发超灵敏流量微传感器”