比盐粒还小的微型芯片未来有望改变医学传感器技术

比盐粒还小的微型芯片未来有望改变医学传感器技术 传感器网络的设计使芯片可以植入人体或集成到可穿戴设备中。每个亚毫米大小的硅传感器都模仿大脑神经元通过尖峰电活动进行交流的方式。传感器检测到特定的尖峰事件，然后利用无线电波实时无线传输数据，从而节省了能源和带宽。布朗大学博士后研究员、该研究的第一作者李继勋（Jihun Lee）说："我们的大脑以一种非常稀疏的方式工作。神经元不会一直发射。它们压缩数据，稀疏地发射，因此效率非常高。我们的无线通信方法就是在模仿这种结构。传感器不会一直发送数据它们只会在需要时发送相关数据，就像短暂的电脉冲一样，而且它们能够独立于其他传感器发送数据，无需与中央接收器协调。通过这样做，我们可以节省大量能源，避免中央接收器中心被意义不大的数据淹没。"这种射频传输方案还使系统具有可扩展性，并解决了当前传感器通信网络的一个常见问题：它们必须完全同步才能正常工作。研究小组在《自然-电子学》（Nature Electronics）杂志上撰文，介绍了一种新颖的无线通信网络方法，这种网络可以从数千个微电子芯片中高效地传输、接收和解码数据，而每个芯片的大小都不超过一粒盐。图片来源：Nick Dentamaro/布朗大学研究人员说，这项工作标志着大规模无线传感器技术向前迈出了重要一步，有朝一日可能会帮助科学家们确定如何从这些小小的硅器件中收集和解读信息，特别是由于现代科技的发展，电子传感器已变得无处不在。布朗大学工程学院教授、该研究的资深作者阿尔托-努尔米科（Arto Nurmikko）说："我们生活在一个传感器的世界里。传感器无处不在。它们当然出现在我们的汽车里，出现在许多工作场所，而且越来越多地进入我们的家庭。对这些传感器来说，最苛刻的环境永远是人体内部。"因此，研究人员认为该系统有助于为下一代植入式和可穿戴式生物医学传感器奠定基础。医学界越来越需要高效、不显眼、不易察觉的微型设备，这些设备还能作为大型组合的一部分运行，以绘制整个相关区域的生理活动图。"李说："在实际开发这种基于尖峰的无线微传感器方面，这是一个里程碑。如果我们继续使用传统方法，就无法收集到这些应用在这类下一代系统中需要的高信道数据。"传感器所识别和传输的事件可以是特定的事件，如监测环境的变化，包括温度波动或某些物质的存在。传感器之所以能够使用如此少的能源，是因为外部收发器在传感器传输数据时为其提供无线供电，这意味着传感器只需在收发器发出的能量波范围内就能获得充电。这种无需插入电源或电池即可运行的能力使它们在许多不同的情况下都能方便、灵活地使用。研究小组在计算机上设计和模拟了复杂的电子器件，并通过多次制造迭代来制造传感器。这项工作建立在Nurmikko 在布朗大学实验室先前研究的基础上，该研究推出了一种名为"神经粒"的新型神经接口系统。该系统使用一个由微型无线传感器组成的协调网络来记录和刺激大脑活动。"这些芯片是相当复杂的微型电子设备，我们花了一段时间才做到这一点，"隶属于布朗大学卡尼脑科学研究所的努尔米科说。"要定制操纵这些传感器电子特性的几种不同功能它们基本上被挤压到硅片的几分之一毫米空间所需的工作量和精力并不小。"研究人员展示了他们系统的效率，以及该系统的潜在扩展能力。他们使用实验室中的 78 个传感器对系统进行了测试，发现即使传感器在不同时间传输数据，也能准确无误地收集和发送数据。通过模拟，他们能够展示如何利用约8000个假定植入的传感器，解码从灵长类动物大脑中收集到的数据。研究人员表示，下一步工作包括优化系统以降低功耗，以及探索神经技术以外的更广泛应用。李说："目前的工作提供了一种方法，我们可以在此基础上进一步发展。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

无需电池的传感器能对特定声波做出反应

无需电池的传感器能对特定声波做出反应 声敏传感器无需外接电源，由特定噪音产生的声波激活从智能手机和玩具到遥控器和手电筒，我们日常使用的许多物品都依赖电池供电。因此，全世界每年有 150 亿个电池被丢弃，其中许多最终被填埋。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员开发出了一种传感器，这种传感器除了声音之外不需要任何电源，对于某些设备来说，扔掉电池可能很快就会成为过去。这项研究的合著者之一约翰-罗伯逊（Johan Robertsson）说："传感器纯粹以机械方式工作，不需要外部能源。它只需利用声波中包含的振动能量即可。"但仅限于特定的声波。研究人员开发的传感器具有被动语音识别功能，每当说出某个单词或产生某种特定的音调或噪音时，传感器就会被激活。发出的声波（而不是其他声波）会使传感器产生足够的振动，从而产生一个微小的电脉冲，打开一个电子设备。传感器原型可以区分"three"和"four"这两个口语单词。由于"four"比"three"产生更多的声能，因此它能引起传感器振动，从而打开一个设备或触发一个后续过程，而说"three"则没有任何影响。由棒材连接的超材料晶格的振动板对声波做出选择性响应这种传感器是一种超材料，是一种经过设计具有自然界中罕见特性的材料。共同通讯作者马克-塞拉-加西亚（Marc Serra-Garcia）说："我们的传感器纯粹由硅组成，既不像传统电子传感器那样含有有毒重金属，也不含任何稀土。"但是，这种传感器的语音识别特性来自于它的结构，而不是它的材质。利用计算机建模和算法，研究人员设计出了传感器的结构，它由相同的硅板（谐振器）组成，硅板之间由像弹簧一样的细条连接。这些弹簧决定了特定的声音是否会使传感器启动。研究人员发现，这种无需电池、由声音供电的传感器有许多潜在应用。例如，它可以用来监测地震和建筑物，记录建筑物地基开裂时发出的特殊声音。或者，它还能检测到气体泄漏时发出的嘶嘶声，并触发警报。他们说，这种传感器还可以应用于医疗领域，比如为耳聋或听力损失患者植入人工耳蜗。目前，每个植入体需要两到三块电池，具体取决于所使用的声音处理器类型。一次性电池可使用 30 到 60 小时，但需要经常更换。这种新型传感器也可用于持续测量眼压。眼睛里没有足够的空间容纳带电池的传感器。工业界对零能耗传感器也非常感兴趣。研究人员的目标是在 2027 年之前推出可靠的传感器原型。较新的迭代产品应能区分多达 12 个不同的单词，包括"开"、"关"、"上"和"下"等标准指令。而且，与手掌大小的原型相比，研究人员计划让更新版本的传感器只有拇指甲大小或更小。塞拉-加西亚说："如果到那时我们还没有吸引到任何人的兴趣，我们可能会成立自己的新公司。"这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《电子元器件：传感器篇图解电子元器件理工男最爱[pdf] 》

《电子元器件：传感器篇图解电子元器件理工男最爱[pdf] 》 简介：电子元器件：传感器篇图解电子元器件理工男最爱[pdf]是一本深入探讨其核心主题的著作，作者通过大量案例分析与深入研究，提供了对相关问题的独特见解。书中详细介绍了该领域中的关键点，帮助读者更好地理解和掌握相关知识，适合各类读者阅读。更多详情请访问相关链接。 标签： #电子#电子元器件：传感器篇图解电子元器件理工男最爱[pdf]#书籍 文件大小：NG 链接：https://pan.quark.cn/s/311d46acc492

用现成部件制成的传感器可同时检测32种病原体

用现成部件制成的传感器可同时检测32种病原体  研究人员利用现成的部件制造出了一种成本低、灵敏度高的生物传感器带有 32 个检测垫的扩展门可同时检测 32 种病原体早期诊断疾病对患者和医生都有好处。它使治疗能够延缓疾病的发展，降低并发症的风险，从而改善长期的健康状况。德国德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）研究实验室的一个团队考虑到早期诊断的重要性，利用现成的元件制造出了一种成本效益高、手掌大小的设备，可以同时检测 32 种不同的病原体。为了制造出这种新型装置，研究人员借鉴了电子学领域的基本概念，使用场效应晶体管（FET）。场效应晶体管利用电场控制半导体中的电流。它有三个元件：源极、栅极和漏极。向栅极表面施加电压可改变其电势，并控制源极和漏极之间的电流。只有当栅极电压达到一定阈值时，器件才会"通电"。不同的病原体会产生不同的电位，从而产生不同的电流。例如，癌细胞产生的电流就与流感病毒不同。电流没有明显变化意味着传感器（栅极）表面没有与疾病相关的生物分子结合，反之亦然。基于场效应晶体管的传统生物传感器的一个主要缺点是测试表面不能重复使用，使用后需要丢弃整个晶体管，成本高昂且不太环保。为了解决这个问题，研究人员使用了一个与晶体管栅极相连的独立电极来测量电势的变化。这项研究的通讯作者拉里萨-巴拉班（Larysa Baraban）说："这使我们有机会多次使用晶体管。我们将栅极分离出来，并将其称为'扩展栅极'即测试系统的扩展"。为了进一步改进系统，研究人员创建了一个带有 32 个测试垫的扩展门，能够检测多种病原体。巴拉班说："我们当然希望这套系统能同时进行多项分析。"这意味着可以同时在每个垫子上对一个样本进行不同病原体的检测"。研究人员用他们的设备检测白细胞介素-6（IL-6），这是一种在感染和组织损伤时产生的蛋白质。它是免疫系统激活的有效标志物，在炎症、感染、自身免疫性疾病、心血管疾病和某些癌症中都会升高。"无论是简单的感冒还是癌症，IL-6 的浓度都会发生变化，"巴拉班说。"不同的疾病以及疾病的不同阶段会产生不同的临床表现。这就是为什么IL-6非常适合作为一种标记物。"他们发现，使用专为研究人员设计的现成纳米粒子试剂盒添加金纳米粒子，可以集中或定位电荷并放大电压信号，从而提高设备的灵敏度。测试的灵敏度大大高于在没有纳米粒子的情况下工作时的灵敏度。基于场效应晶体管的完整生物传感原型照片他们发现，他们的设备能快速产生结果，其灵敏度和检测限（LOD）值可与最先进的基于场效应晶体管的生物传感器相媲美。事实上，与实验室常用来检测血液中抗体的标准酶联免疫吸附试验（ELISA）方法相比，该设备的LOD值要低得多。研究人员说，他们的生物传感装置成本低廉，具有一系列潜在应用，从监测癌症患者免疫疗法的进展到预测流感或 COVID-19 等病毒性疾病的严重程度和病程。这项研究发表在《生物传感器与生物电子学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用 标准模型是粒子物理学中一个非常成功的理论框架，描述了基本粒子和四种基本相互作用。然而，标准模型仍然无法解释当前宇宙学中的一些重要观测事实，例如暗物质和暗能量。一些理论认为，新粒子可以充当传播者，在标准模型粒子之间传递新的相互作用。目前，缺乏关于自旋速度相关新相互作用的实验研究，特别是在相对较小的力距离范围内，几乎不存在实验验证。研究人员设计了一个配备两颗钻石的实验装置。使用化学气相沉积在每颗钻石表面制备了高质量的氮空位 （NV） 集成。一个NV系综中的电子自旋用作自旋传感器，而另一个则充当自旋源。研究人员通过相干地操纵两个金刚石NV系综的自旋量子态和相对速度，在微米尺度上寻找电子速度依赖性自旋之间的新相互作用效应。首先，他们使用自旋传感器来表征磁偶极子与自旋源的相互作用作为参考。然后，通过调制自旋源的振动并执行锁定检测和相位正交分析，他们测量了SSIVD。研究的实验结果。图片来源：DU et al.对于两种新的相互作用，研究人员分别在小于1厘米和小于1公里的力范围内进行了首次实验检测，获得了宝贵的实验数据。正如编辑所说，“这些结果为量子传感界带来了新的见解，以利用固态自旋的紧凑、灵活和敏感特征来探索基本相互作用。该团队由中国科学院中国科学技术大学杜江峰院士和邢荣教授领导，浙江大学焦满教授合作。更多信息：Yue Huang 等人，与固态量子传感器的奇异自旋-自旋-速度相关相互作用的新约束，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.180801 ... PC版： 手机版：

青岛大学研发的超灵敏触摸传感器能"感知"4英寸外的事物

青岛大学研发的超灵敏触摸传感器能"感知"4英寸外的事物 过去几年来，在生产可弯曲、扭曲和折叠的电子产品方面取得了重大进展，从而产生了各种功能性可穿戴设备。可以理解的是，将下一代触摸传感器集成到电子人体皮肤中已成为一个重要的考虑因素，并有可能应用于机器人、健康和科技领域。集成了非接触式传感技术的电子皮肤可以让许多人受益。例如，能够挥动手指或做出手势来启动软件将非常方便尤其是对于那些无法手持设备的人来说。此外，视觉障碍者也可以安全地绕过障碍物。当然，这种功能可以扩展到任何连接到物联网（IoT）的设备。目前的大多数触摸传感器都依赖于直接触摸物体，从而在传感器中产生可测量的物理变形和相应的力。然而，根据青岛大学研究人员的一项新研究，我们可能离非接触式传感更近了一步。他们开发出了一种灵敏度极高的触摸传感器，无需直接接触被检测物体即可工作。该研究的通讯作者之一李新林说："为了实现更高的灵敏度和多功能性，我们开发出了新型复合薄膜，它具有令人惊讶且非常有用的电学特性。"为了制作复合薄膜，研究人员将少量氮化石墨碳（GCN）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）3D打印成网格状。令人惊讶的是，他们发现将这两种具有高介电常数（衡量在电场中存储电能的能力）的材料结合在一起后，材料的介电常数很低，因此传感器对电场更加敏感。(a) 手指接近传感器的示意图；(b) 手指与传感器之间的距离在 0 至 150 毫米之间时，电容变化与距离之间的关系研究人员用自己的手指作为被检测物体对网格的功能进行了测试，发现网格能感应到0.5至10厘米（0.2至3.9英寸）远的手指，而且无需实际触摸，就能清晰地将手指识别为三维物体。在圆桌和三棱镜上进行测试后，传感器可以准确识别和区分不同的形状和动作。李说："在灵敏度、响应速度和多次使用后的稳定性方面，性能都非常出色。这为可穿戴设备和电子皮肤领域带来了新的可能性。"在传感器取得成功性能之后，研究人员将其集成到一块印刷电路板上，创建了一个能够远程监控人体运动的统一系统。包含新型传感器的电子皮肤贴在手腕上，确保与专门用于捕捉物体三维形状的设备持续连接，并利用 4G 技术将物体的三维形状实时无线传输到智能手机、智能手表和电脑上。研究人员计划改进传感技术，以便大规模生产。他们还将探索检测形状和运动以外的可能性。这项研究发表在《先进材料科学与技术》杂志上。 ... PC版： 手机版：