檢測(cè)汗水把關(guān)健康，這款納米級(jí)傳感器就能做到

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)納米電子裝置實(shí)驗(yàn)室的研究人員們開發(fā)出一種可實(shí)時(shí)掃描液體(如汗液)的納米級(jí)晶體管傳感器，能夠?yàn)閭€(gè)人的水合、壓力或疲勞程度提供實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的檢測(cè)。

 

“汗水中的離子平衡能夠提供關(guān)于個(gè)人身體健康狀況的重要信息，”納米實(shí)驗(yàn)室(Nanolab)主任Adrian Ionescu解釋，“我們的技術(shù)可檢測(cè)存在于離子與質(zhì)子等超小濃度中的基本帶電粒子，不僅能反映出汗水的pH平衡，還能顯示疲勞狀態(tài)時(shí)更復(fù)雜的水合狀況。藉由調(diào)整至合適的官能，還能進(jìn)一步追蹤不同類型的蛋白質(zhì)。”

 

研究人員們?cè)谧罱l(fā)布于《ACS Nano》期刊中的研究論文中描述，他們先在先進(jìn)的FinFET晶體管上固定待分析液體流經(jīng)的微流體通道。當(dāng)分子通過(guò)時(shí)，其電荷干擾傳感器作用，使其得以推斷出流體的組成。

 

該組件不僅承載傳感器，其晶體管與電路還可放大訊號(hào)。分層的設(shè)計(jì)則用于隔離電子組件與液體物質(zhì)。

 

“一般來(lái)說(shuō)，我們必須分別使用傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，以及利用電路進(jìn)行運(yùn)算與放大訊號(hào)，”該研究論文的主要作者Sara Rigante解釋，“而在我們的芯片中，傳感器與電路存在相同的組件中，使其成為一款『感測(cè)電路』。這種鄰近性確保訊號(hào)不會(huì)被干擾或改變，因而也使我們能夠取得極其穩(wěn)定與準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。”

 

 

 

由于晶體管的尺寸僅20nm 大小，因而能夠在一款芯片上放置整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，讓每個(gè)傳感器用于定位不同的粒子。
 

 

“因此，我們能檢測(cè)汗水中的鈣、鈉或鉀，”Rigante表示。

 

在洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)的技術(shù)較其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更脫穎而出，因?yàn)樗€(wěn)定、兼容于現(xiàn)有的電子組件(CMOS)、超低功耗且易于在較大的傳感器數(shù)組中再造。“在生物傳感器領(lǐng)域，以納米技術(shù)為主的研究十分激烈，特別是有關(guān)于硅晶納米線與碳納米管。”

 

但這些技術(shù)往往不夠穩(wěn)定，因而無(wú)法用于目前的工業(yè)應(yīng)用中，Ionescu說(shuō)，“而我們開發(fā)的傳感器是從相當(dāng)強(qiáng)大且先進(jìn)的技術(shù)開始的，并為其進(jìn)行調(diào)整以符合在液體閘極FinFET結(jié)構(gòu)中的感測(cè)需求。這種電子組件的準(zhǔn)確度才易于在數(shù)百萬(wàn)個(gè)具有相同特征的組件中進(jìn)行復(fù)制。”

 

此外，它并不是一項(xiàng)耗能的技術(shù)。“只需一顆太陽(yáng)能電池，即可為1,000個(gè)傳感器供電，”Ionescu表示。

 

研究人員們已經(jīng)利用微型泵循環(huán)液體，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。目前，研究人員們正致力于一種透過(guò)毛細(xì)作用將汗水吸入微流體管的方法。這種途徑可望擺脫以小型分析繃帶附加微型泵的必要性。