Ultragevoelige stroommicrosensoren

Een team van onderzoekers ontwikkelde een dunne, ultragevoelige flowsensor die belangrijke implicaties zou kunnen hebben voor medisch onderzoek.

Flowsensoren, ook wel flowmeters genoemd, worden gebruikt om de snelheid van vloeistof- of gasstromen te meten. De snelheid van biofluïdische stroom is een belangrijke fysiologische parameter, maar bestaande stroomsensoren zijn ofwel omvangrijk of missen precisie en stabiliteit. De nieuwe flowsensor is gebaseerd op grafeen - een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatrooster - om de leiding te nemen uit de continue waterige stroom. Dit fenomeen biedt een effectieve stroomdetectiestrategie die zelfaandrijvend is en belangrijke prestatiestatistieken levert die honderden keren hoger zijn dan andere elektrische benaderingen.

De grafeenstroomsensor kan een stroomsnelheid van slechts een micrometer per seconde detecteren - minder dan vier millimeter per uur - en heeft het potentieel om minimale veranderingen in de bloedstroom in capillaire vaten te onderscheiden. De prestaties van de grafeenflowsensor zijn al langer dan een half jaar stabiel.

Het apparaat is zelfaangedreven en heeft het potentieel om te worden geïmplanteerd voor langdurige biofluïdische stroommonitoring. Het implanteren van een microflowmeter zoals deze in een klein bloedvat is veel eenvoudiger en veiliger dan bestaande flowmeters, die niet geschikt zijn voor low-flowmetingen en in een groter bloedvat moeten worden geïnstalleerd. Wetenschappers en artsen kunnen het nuttig vinden voor onderzoek en klinische toepassingen, zoals het bewaken van de bloedstroomsnelheid in diepe hersenvaten om de werking van neuronen die de bloedstroom regelen te begrijpen.

Grafeen is het belangrijkste materiaal bij de ontwikkeling van de sensor. De unieke combinatie van intrinsieke eigenschappen van grafeen - zoals ultrahoge gevoeligheid, ultralage elektrische ruis, minimale contactelektrificatie met waterige oplossingen, uitstekende stabiliteit in chemisch en mechanisch gedrag en immuniteit tegen biofouling - werken samen om de hoge prestaties van de flowsensor.

De volgende stappen voor het team zijn onder meer de integratie van de flowsensor in een zelfvoorzienend apparaat voor flowbewaking en het verkennen van de toepassing van het apparaat in de gezondheidszorg.