用智能墨水打造超灵敏传感器 “写”到哪里感知就到哪里

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用智能墨水打造超灵敏传感器 “写”到哪里感知就到哪里

构成各种智能墨水的纳米材料:(a)氧化石墨烯(GO);(b)还原氧化石墨烯(rGO);(c)黑色素类似-聚多巴胺(PDA);(d)PDA @ rGO

据麦姆斯咨询报道,海法以色列理工学院的研究人员开发出了一种能够识别并区分不同刺激的创新型传感系统。该系统基于折纸艺术,结合了以色列理工学院开发的智能墨水材料。

这项研究已经发表于Nature子刊Nature Communications杂志,由以色列理工学院Wolfson化学工程学院和Russell Berrie纳米技术研究所的Hossam Haick教授领导,以及跟着Haick教授进行博士后研究的Min Zhang博士完成。Zhang博士目前是华东师范大学的副教授。

“当前,对于特定目的的多用途传感系统存在巨大需求,”Haick说,“这些系统在医学、反恐、食品安全、环境监测、物联网等领域具有巨大的应用潜力。问题在于现有的气相色谱等技术存在许多缺点,包括高昂的成本。”

Haick教授等研究人员面临的挑战是开发一种灵敏度足够高的单一系统,以识别并区分不同的刺激。研究人员称他们开发了一种受大自然启发的解决方案。

Haick教授表示,“对于人类的感官系统,我们想到的是一个整体,它能够以一种大脑能理解的方式将所有数据传给大脑。这启发了我们的研究,将我们想要监测的所有环境数据集中在不同的地方。它是一种多用途的感知系统,可以吸收刺激并区分它们。”

由Haick和Zhang开发的被称为“折纸分层传感器阵列”(OHSA)的系统,是用两位科学家开发的智能导电墨水“写”在目标物体上的分组传感器集成阵列。这是一种能够以高时间和空间分辨率检测物理和化学刺激的单一器件,这些刺激包括温度、湿度、光和挥发性有机颗粒等。

由于它还能够区分异构体和手性对映体(互为镜像的分子结构),因此为医学诊断开辟了新途径。值得注意的是,挥发性有机颗粒监测可用于多种领域,包括疾病诊断和危险物质监测。

这种独特的智能墨水有许多优点,包括成本低廉、能够大量生产,并且在目标表面上的应用非常简单。研究人员进行的实验包括对照(其他类型的墨水)实验,并证明这种特殊墨水能够紧紧贴合各种材料,包括:铝箔、玻璃、相纸、Kapton胶带(美国杜邦DuPont生产的聚酰亚胺薄膜材料的商品名称。具有优良的化学稳定性、耐高温性、坚韧性、耐磨性、阻燃性、电绝缘性等,可用于电动机、磁导线、飞机与导弹接线和扁平软电缆的电气绝缘中;由于其固有的阻隔性,也可用于制作飞机和船舶的防火隔层和食品包装材料)、腈(用于制造一次性手套的材料)、以及聚二甲基硅氧烷(PDMS,用于制造隐形眼镜以及各种医疗产品和化妆品)。

这种墨水还可以以导电纹身的形式“书写”在人体皮肤和指甲上。此外,它还具有防水性能,可以用于各种生理变量相关的持续监测。

“可以说,我们的传感系统可以识别化学和物理刺激的特征‘指纹’,并提供有关的信息,”Haick说,“其低成本优势,使其可用于许多地方,包括贫困地区,用于医疗及其他用途。”

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