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美国工程师为设计传感器提供了新的途径-【新闻】

时间:2021/04/12 01:11:27 编辑:

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传感器制造商一直在透过反复试验的工程创新方法来改善传感器的灵敏度;但遗憾的是业界并没有一个框架(framework)来总括所有的经验法则,以做为新一代传感器的设计方法。而来自美国普渡大学(PurdueUniversity)的工程师补足了这个遗憾,为设计传感器提供了新的途径。日前,普渡大学电子电机教授AshrafAlam表示,他与其博士研究生PradeepNair已经采取一种系统化方法(systematicway)将各种设计法则整合在一起,因此他们已拥有一个具一致性的框架来对改善传感器的设计。为了测试他们的传感器设计法则,他们着手研究哪一种纳米级传感器设计,对于透过目标分子(targetmolecule)进行感测的应用最适合。

研究人员过去就已经发现,当感测个别分子时(例如烟雾探测器或生物、化学探测器),感测组件越小越好,但其原因一直未被证实地认为,是与目标分子的扩散情况会限制传感器运作速度有关。

而Alam和Nair宣称已为以上的理论得到了证实。首先,他们比较了传统的平面传感器(planarsensor)组件与圆柱形单纳米管传感器(cylindricalsingle-nanotubesensor)组件,结果显示较小的圆柱形传感器的灵敏度至少高100倍,这足以证明越小越好的理论。而其原因更令人吃惊──工程师原本以为纳米级传感器较好,是因为感测组件的尺寸与被感测的分子较为接近,不过普渡大学的研究人员却颠覆了以上想法,指出奈米级圆柱传感器优于平面传感器的原因,是因为目标分子会从正面(front)扩散到平面传感器的表面,而圆柱形奈米管传感器并没有所谓的“正面”。Alam指出,当使用纳米级的圆柱形传感器,被感测的分子会从四面八方而来,因此其灵敏度会优于传统的平面传感器。

不过虽然圆柱形纳米级传感器的灵敏度较高,却难以制造,有些传感器设计人员使用纳米复合材料(又称为nanonet)感应元素,使用多个圆柱形奈米管或者奈米线,组成奈米线丛。但Alam却指出这类传感器并不会优于单奈米线传感器。此外研究人员还对纳米点(nanodot)传感器进行了研究,因为球形传感器看起来应该比圆柱形传感器更灵敏,因为分子能够从更多的方向接触感测组件。不过根据他们的模型显示,球形纳米传感器并不会比奈米线或者奈米管传感器具有更大的优势。

目前,研究人员正使用他们的模型,来建构能够使用电子式方法检测DNA序列的传感器,使基因定序(genomesequencing)工作能更容易透过自动化的方式进行。目前的基因定序是透过分子化学探测的方法执行,速度慢且程序繁琐。

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