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传感器有多强大 一滴汗全面解析身体健康

导读: 传感器有多强大 一滴汗全面解析身体健康

  瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)奈米电子装置实验室的研究人员们开发出一种可即时扫描液体(如汗液)的奈米级电晶体感测器,能够为个人的水合、压力或疲劳程度提供即时且准确的检测。

  “汗水中的离子平衡能够提供攸关个人身体健康状况的重要资讯,”奈米实验室(Nanolab)主任AdrianIonescu解释,“我们的技术可检测存在于离子与质子等超小浓度中的基本带电粒子,不仅能反映出汗水的pH平衡,还能显示疲劳状态时更复杂的水合状况。藉由调整至合适的官能,还能进一步追踪不同类型的蛋白质。”

  研究人员们在最近发布于《ACSNano》期刊中的研究论文中描述,他们先在先进的FinFET电晶体上固定待分析液体流经的微流体通道。当分子通过时,其电荷干扰感测器作用,使其得以推断出流体的组成。

  该元件不仅承载感测器,其电晶体与电路还可放大讯号。分层的设计则用于隔离电子元件与液体物质。

  “一般来说,我们必须分别使用感测器来进行检测,以及利用电路进行运算与放大讯号,”该研究论文的主要作者SaraRigante解释,“而在我们的晶片中,感测器与电路存在相同的元件中,使其成为一款‘感测电路’。”这种邻近性确保讯号不会被干扰或改变,因而也使我们能够取得极其稳定与准确的测量结果。”

  由于电晶体的尺寸仅20nm大小,因而能够在一款晶片上放置整个感测器网路,让每个感测器用于定位不同的粒子。

  “因此,我们能检测汗水中的钙、钠或钾,”Rigante表示。

  在洛桑联邦理工学院开发的技术较其竞争对手更脱颖而出,因为它更稳定、相容于现有的电子元件(CMOS)、超低功耗且易于在较大的感测器阵列中再造。“在生物感测器领域,以奈米技术为主的研究十分激烈,特别是有关于矽晶奈米线与碳奈米管。”

  但这些技术往往不够稳定,因而无法用于目前的工业应用中,Ionescu说,“而我们开发的感测器是从相当强大且先进的技术开始的,并为其进行调整以符合在液体闸极FinFET结构中的感测需求。这种电子元件的准确度才易于在数百万个具有相同特征的元件中进行复制。”

  此外,它并不是一项耗能的技术。“只需一颗太阳能电池,即可为1,000个感测器供电,”Ionescu表示。

  研究人员们已经利用微型泵循环液体,进行了相关测试。目前,研究人员们正致力于一种透过毛细作用将汗水吸入微流体管的方法。这种途径可望摆脱以小型分析绷带附加微型泵的必要性。 

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