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金剛石被開發(fā)應(yīng)用在檢測(cè)生物威脅的傳感器領(lǐng)域

發(fā)布日期:2022-07-14 點(diǎn)擊率:50

     一家美國(guó)公司正制定計(jì)劃研發(fā)徽章大小、可穿戴式傳感器,專門用于實(shí)時(shí)檢測(cè)大腸桿菌、炭疽、傷寒等生物威脅。這種帶有微小金剛石懸臂傳感器正由位于美國(guó)伊利諾伊州ADT公司研究開發(fā)。該公司當(dāng)前已一項(xiàng)為期三年研發(fā)項(xiàng)目開展了6個(gè)月研究,并有望2011年底之前推出原型裝置。

  金剛石因其超高硬度熱導(dǎo)率而被眾人所熟知。另外,金剛石其它一些特點(diǎn)讓它生物傳感器領(lǐng)域大顯身手。特別重要,金剛石表面被極強(qiáng)碳?xì)滏I所覆蓋,這意味著它水非常穩(wěn)定,這一點(diǎn)與硅等其它傳感器材料有很大不同。此外,氫原子可以被剝離下來(lái)并被抗體分子所取代。抗體分子與大腸桿菌等生物靶分子進(jìn)行結(jié)合,就如鎖鑰匙那樣聯(lián)一起。

  這種新器件帶有形如跳水板懸臂。每個(gè)懸臂長(zhǎng)約100微米,安裝一塊半導(dǎo)體芯片上。金剛石懸臂規(guī)格高度統(tǒng)一,由納米晶顆粒組成。這些晶粒通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝制成,每個(gè)晶粒直徑約為2-5納米。任何金剛石懸臂表面著陸生物分子可改變?cè)駝?dòng)頻率,這可通過(guò)懸臂壓電反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

  檢測(cè)100個(gè)細(xì)胞

  為了保證信號(hào)足夠強(qiáng),ADT公司正計(jì)劃每個(gè)傳感器上安裝多達(dá)50個(gè)懸臂。其一項(xiàng)挑戰(zhàn)將病原體進(jìn)行富集,這樣即使極少量病原體也能檢測(cè)得出。他們初始目標(biāo),對(duì)于100微升液體存100個(gè)病原體細(xì)胞情況,也能檢測(cè)出來(lái)。該傳感器甚至可用來(lái)檢測(cè)各種不同靶分子——只需每個(gè)懸臂上面安裝不同抗體就可實(shí)現(xiàn)。

  “我們希望將傳感器小型化,這樣它就可以像徽章那樣佩戴,或者可以掛脖子上”,研發(fā)負(fù)責(zé)人約翰卡萊爾如說(shuō)。最終該設(shè)備將同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。這樣比如一個(gè)帶有傳感器消防員,就可以獲知一棟建筑可能存某些危險(xiǎn)情況,且這些信息也被發(fā)送到心反應(yīng)小組。

  盡管該項(xiàng)目完全受美國(guó)國(guó)防威脅降低局價(jià)值480萬(wàn)美元合同資助,該企業(yè)表示傳感器還可應(yīng)用非軍事領(lǐng)域方面,比如說(shuō)它可以確定水否可以安全飲用。卡萊爾甚至想對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)整,以便它不僅能夠檢測(cè)水生物分子,還可對(duì)空氣傳播進(jìn)行檢測(cè)。“機(jī)會(huì)相當(dāng)可觀”,他說(shuō)。

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