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可穿戴式病情监控气体传感器

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密歇根大学正在研发一种新型的可穿戴式气体传感器,有一天将可以为糖尿病,高血压、贫血或肺部疾病的患者提供不间断的病情监测。

新型传感器可以检测出空气中通过呼吸或者自皮肤释放出的化学物质,该设备可能会是第一款可识别广泛化学物质而不是物理属性的可穿戴设备。密歇根大学的研究人员正在与美国国家科学基金会的创新团队合作把这款移动设备从实验室推广到市面上。可穿戴设备,包括谷歌眼镜和苹果iWatch,都是正蓬勃发展的市场,预计在未来四年规模会增长到140亿美元。

密歇根大学生物医学工程教授范旭东(Xudong Fan) 说:"每一种疾病都有其特有的生物标记,该设备能够检测出来。例如,对于糖尿病来说,丙酮是一种标记。" 其他可以被检测出的化学元素包括: 一氧化氮和硫化氢。 它们可以指示高血压、贫血或肺部疾病的正常水平。 "我们认为这个设备可能对社会非常的有益。"范教授说。

范教授正在和电气计算机工程副教授钟肇晖(Zhaohui Zhong), 以及正在攻读电子工程博士学位的Girish Kulkarni,共同研发此装置 。研究人员说他们的设备比同行更快、更小、更可靠,更适合穿戴,且检测出更广泛的化学物质。除了疾病监测外,传感器还有其他方面的应用。它能够指示出实验室危险化学品泄漏的情况,或者提供关于空气质量的数据。

钟教授说:"通过我们的平台技术,我们可以同时监测多种化学分子,或者通过化学修饰来实现对特定的化学分子的选择性监测。这项技术具备了无限的可能性。"

为了创造他们的技术,研究人员采用了独特的方法来检测分子。Kulkarni说:"纳米电子传感器通常依赖于检测传感器和分子在空气或溶液中的电荷转移。" 然而,这些以前的技术通常依赖于被监测的分子和传感器本身具有较强的相互作用。 这种相互作用会减慢检测的速度。"无需检测分子电荷,我们使用的是一种叫做电外差混合式的技术,我们观察分子电偶极子与纳米传感器的相互作用,同时让纳米传感器工作于高频段。" Kulkarni继续说。

这种创新技术带来的是极快的响应时间(千分之一秒),与现有技术的几十或几百秒形成了鲜明的对比。这种技术还极大地增加了设备的灵敏度。 传感器可以检测出比率是十亿分之几的样本分子数。

这些纳米电子石墨烯传感器可以完全嵌入到微型气相层析系统中,这对于气体分析来说是黄金标准,研究人员说。整个微型气体层析系统可以集成在一个低功耗的芯片上,并嵌入到只有徽章大小的装置中,所以它可以戴在身体上来提供针对特殊环境的非侵入性和连续性监测。