細(xì)菌孢子披上石墨烯外衣變身濕度傳感器

目前最靈敏的濕度傳感器主要利用聚合物因應(yīng)濕度的變化而縮小或放大，但美國伊利諾大學(xué)芝加哥分校(University of Illinois at Chicago)的研究人員們宣稱，只要在細(xì)菌孢子(惰性菌種)上鑲嵌石墨烯量子點(diǎn)，不僅能使其超越聚合物-濕度傳感器實(shí)現(xiàn)十倍以上的靈敏度，同時(shí)還能承受溫度、真空與超低濕度的極端環(huán)境。

 

"目前還沒有哪一種人造材料的反應(yīng)速度與能量密度能媲美我們的細(xì)菌孢子，"Vikas Berry指出，"我們在聚合物與孢子的豐富經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虺剿麄儭?quot;

 

 

石墨烯量子點(diǎn)沈積在細(xì)菌孢子上，產(chǎn)生了石墨烯涂覆的孢子。為生物電子裝置的電池附加電極后， 能夠提高對于濕度的靈敏度。（來源：伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校）
 

 

這種"納米電子機(jī)器人裝置"(NERD)基于一種本質(zhì)上處于休眠狀態(tài)的細(xì)菌孢子。如果它被弄濕了，就會"蘇醒"，而且需要營養(yǎng)物質(zhì)。孢子本身并沒有外部需求，即使是在高濕度環(huán)境下也不會醒來。然而，由于這種孢子在"等待"濕度條件，以便離開休眠狀態(tài)，因而對于濕度變化極其敏感。事實(shí)上，在低濕度條件下甚至還會變得更敏感，以聚合物為基礎(chǔ)的濕度傳感器情況則相反。

 

 

由于孢子對于濕度的反應(yīng)積極，透過連結(jié)石墨烯量子點(diǎn)可將反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電子反應(yīng)。（來源：伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校）
 

 

為了使其成為一款傳感器，Berry與其他研究人員深入研究布滿石墨烯量子點(diǎn)的孢子表面，并在孢子兩端附加電極。其結(jié)果是，即使是在整個頻譜上的些微濕度變化，都會導(dǎo)致電極之間的電阻改變——將細(xì)菌孢子變成一款濕度傳感器。

 

伊利諾大學(xué)芝加哥分校博士候選人Phong Nguyen、博士后研究員TS Sreeprasad (現(xiàn)任職休斯頓萊斯大學(xué))，以及堪薩斯州立大學(xué)的Alshogeathri、Luke Hibbeler、Fabian Martinez與Nolan McNeiland都共同參與了這項(xiàng)研究。

 

研究資金由美國國家科學(xué)基金會(NSF)、美國海軍研究署(ONR)以及Terry C. Johnson基礎(chǔ)癌癥研究中心共同提供。