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《在柔性基板上制造预弯曲的MoS2生物传感器》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-10-20

  • 许多活体生物传感应用需要灵活的生物传感器。在这些应用中，灵活的生物传感器需要被正式地附着在生物体的曲面上，并在各种压力条件下进行操作。新兴半导体层(如。MoS2和WSe2)是制造超灵敏的柔性纳米电子生物传感器的很有吸引力的材料。然而，这样的生物传感器也对外界的压力和压力很敏感，并且很容易造成错误的读数或损坏。为了解决这一难题，作者们利用一种基于牺牲的结构辅助的纳米技术，在柔软的基板上制造了预弯曲的MoS2结构。该方法允许精确控制弯曲曲率和预弯MoS2结构的位置。有限元分析结果表明，由于基板的应变条件相同，从基板上转移到这种预弯MoS2结构的应变比转移到平面的MoS2结构要小1000倍。对前弯曲的MoS2电阻生物传感器的电导测量结果也与仿真结果一致。具体来说，当预弯曲的生物传感器被基质弯曲到0.1/毫米时，电导的相对变化在10%以内，而控制(扁平的)MoS2的生物传感器则表现出了更大的电导变化，甚至在0.08/mm的曲率下被永久地破坏了。作者能够实现prebent二硫化钼生物传感器检测限制低至10∼femtomolar(fM)和高灵敏度(−1.3% / fM)femtomolar-level白介素1测试版(IL-1β)浓度和展示他们使用IL-1β检测/量化。这些生物传感器可用于快速飞飞的il-1量化，其总潜伏期为20分钟。它们还支持对绑定动力学的时间依赖性监测。这项工作利用现有的技术和科学应用，使基于新兴分层半导体的灵活的可穿戴生物传感设备。

    ——文章发布于2017年10月

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    • 马德里政治大学（Universidad Politécnica de Madrid, UPM）的研究人员开发出一种低成本、易操作、灵活方便的光学传感器，该传感器与其他光学仪器相比具有很大的优势 。 在2015年BBVA基金会研究人员与文化创造者奖学金（BBVA Foundation Grants for Researchers and Cultural Creators）项目中，UPM的研究人员开发了一种使用传统胶带的创新型光学传感器，创新之处在于该传感器成本低廉、材料柔韧，在文具店就能购得。该传感器在浸入某种液体时，可以检测该液体的光学性质变化，可用于饮料质量控制和环境监测。 传感器由附有一条带子的波导组成，LED光源由带子的一端引入，从另一端出来，并可接受光电二极管检测。光与柔性波导相耦合可能是由于一个衍射元件发挥了作用，它使用了具有纳米特性的铝线光栅，并通过“撕裂和粘贴”的简单过程将柔性波导添加到带子上，此外，波导的两端又可以很容易地粘附到发射器（LED）和光检测器（光电二极管）上。 带子具有柔性，波导可以弯曲并且部分浸入受检液体中，传播的光会通过辐射损失掉一部分（宏弯损耗），该宏弯损耗（curvature loss）取决于周围介质的折射率。因此，将测试液体浸没在光电二极管下，监测该液体穿过波导期间损失的光功率，便可以检测出液体折射率发生的变化。 液体溶液的折射率与其物理和化学性质有关，如密度、浓度等。因此，可以通过测量葡萄汁的折射率或某些饮料的酒精含量来评估葡萄的成熟度。这样，开发的传感器可以应用于食品部门的过程控制、饮料质量评估和环境部门的水质控制。 用于开发这种传感器的材料和部件十分常见、便宜。此外，传感器的三个主要部件（波导、LED和光电二极管）组装很简单，不需要仪器或专用工具。因此，非专业人员也能够进行。 该项目的首席研究员卡洛斯·安戈洛·巴里欧斯（Carlos Angulo Barrios）是光电子系统和微技术研究所（the Institute of Optoelectronics Systems and Microtechnology, ISOM）的研究员，也是UPM电信工程学院光子技术和生物工程（Department of Photonics Technology and Bioengineering (TFB) of the School of Telecommunications Engineering）系教授。卡洛斯博士提到，用于检测折射率的其它光学仪器操作较复杂严格、材料昂贵，而该传感器具有便宜易操作的特性，同时又兼具带子的灵活性，因此和其他检测方法相比具有极大优势，特别是在现场应用和对难以接近区域的液体进行现场分析方面非常有利。” （编译 乌吉斯古楞）
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  • 《工程师们为植物制造可穿戴传感器，以测量农作物的用水量。》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2018-01-31
    • 爱荷华州立大学的研究人员开发了这些“植物纹身传感器”，以实时测量农作物的用水量。美国爱荷华州立大学的植物学家Patrick Schnable很快描述了他如何测量两种玉米植株的时间，将水从根部移动到较低的叶子上，然后移到叶子上。 这不是技术上的，精确的，海报上的谈话。这是一名研究人员，致力于开发一种新型的、低成本的、易于制作的、以石墨烯为基础的传感器-磁带，可以附着在植物上，并能向研究人员和农民提供新的数据。 他说:“有了这样的工具，我们就可以开始培育更有效地使用水的植物。”“这是令人兴奋的。我们以前做不到。但是，一旦我们能够测量一些东西，我们就能开始理解它。 让这些水测量成为可能的工具是一个微小的石墨烯传感器，可以用胶带粘在植物上——研究人员将其命名为“植物纹身传感器”。石墨烯是一种神奇的材料。它是一个碳的蜂窝，只是一个原子的厚度，它能很好地导电和加热，而且它是坚固和稳定的。在这项研究中，石墨烯带技术也被用于生产可穿戴的应变和压力传感器，包括内置在“智能手套”内的传感器，用来测量手部运动。 研究人员描述了各种各样的传感器，以及“基于石墨烯的纳米材料的简单和通用的方法”，在《高级材料技术》杂志2017年12月刊封面上的一篇论文中创建了柔性传感器。 这项研究主要是由爱荷华州的植物科学研究所的教师学者计划资助的。 梁东，爱荷华州电气和计算机工程副教授，是该论文的主要作者和技术开发人员。Seval Oren是一名电子和计算机工程专业的博士生，也是帮助开发传感器制造技术的合作者之一。帮助测试传感器应用的合著者是Schnable，爱荷华州的植物科学研究所所长，Charles F. Curtiss著名的农业和生命科学教授，爱荷华州玉米促进委员会捐赠的遗传学主席和农业企业家的贝克学者;以及土木、建筑和环境工程教授哈利·塞兰(Halil Ceylan)。 “我们正在尝试制造更便宜、性能更佳的传感器，”Dong说。 为了做到这一点，研究人员已经开发出了一种在磁带上制作复杂石墨烯图案的过程。Dong说，第一步是在聚合物块的表面形成锯齿状图案，要么是成型工艺，要么是3d打印。工程师们将液体石墨烯溶液涂在木块上，填入缩进的图案。他们用胶带去除多余的石墨烯。然后他们用另一条带子把石墨烯图案拉掉，在磁带上创建一个传感器。 这个过程可以产生精确的图案，只有500万分之一米宽——仅仅是普通人类头发直径的二十分之一。Dong说，这样小的模式可以提高传感器的灵敏度。 举个例子，这个过程产生了一个详细的图像，显示爱荷华州的飓风吉祥物的直径小于2毫米。“我认为这可能是最小的气旋，”董说。 “这个制作过程非常简单，”董说。“你只是用磁带来制造这些传感器。成本仅为美分。 在植物研究方面，传感器是用氧化石墨烯制成的，这种材料对水蒸气非常敏感。水蒸汽的存在改变了材料的导电性，可以通过量化来精确测量叶片的蒸腾作用(水蒸气的释放)。 Dong说，这种植物传感器已经在实验室和试验田试验中成功地进行了测试。 美国农业部农业和粮食研究计划的一项新的3年、472,363美元的拨款将支持对玉米作物的水运进行更多的实地测试。爱荷华州农学副教授、土壤科学教授威廉·t·弗兰肯伯格将领导该项目。联合调查人员包括董建华和Schnable。 爱荷华州立大学研究基金会已经申请了传感器技术的专利。研究基金会还授予一个选项来商业化EnGeniousAg——艾姆斯的技术创业公司创办的盾,Schnable,可以见到效果和詹姆斯•Schnable农学的助理教授布拉斯加-林肯大学的园艺,合作者在另一个爱荷华州传感器项目引发了公司成立(Patrick Schnable的儿子)。 “迄今为止我们测试过的基于磁带的传感器最令人兴奋的应用是植物传感器，”Dong说。“对于植物来说，可穿戴电子传感器的概念是全新的。”而且植物传感器非常微小，它们可以检测植物的蒸腾作用，但它们不会影响植物生长或作物生产。 但这并不是所有传感器都能做到的。该技术可以为各种各样的应用“开辟一条新路线”，作者在他们的论文中写道，包括用于生物医学诊断的传感器，用于检查建筑物的结构完整性，用于监测环境，以及在适当的修改之后，用于检测农作物的疾病或杀虫剂。 —— 文章发布于2018年1月4日
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