科学家研发出简单而有效的汞传感器

科学家研发出简单而有效的汞传感器它利用了一种被称为摩擦起电的自然现象，在这种现象中，某些材料在相互移动时带电--这就是你在梳理头发时产生的静电的原因。更具体地说，该纳米传感器使用了一个对汞敏感的碲纳米线阵列，当它们与汞离子接触或分离时，会产生电荷。这些离子可以存在于食物或液体中。在后者的情况下，一种被称为固-液接触电化的原理在起作用，其中固体材料通过接触和脱离含离子的液体而带电。在对纳米传感器的测试中，科学家们将该装置安装在一只机器人手的指垫上，机器人反复敲击自来水和湖水样本的表面，以及受汞污染的苹果、虾和菠菜样本。在所有情况下，该设备迅速而准确地检测出样品的汞含量，并显示在一个无线连接的智能手机的屏幕上。研究人员希望，一旦该技术得到进一步发展，它可以被用于远程监测饮用水源的汞含量，或者被缺乏适当测试设施的贫困地区的卫生官员使用。关于这项研究的论文最近发表在ACSNano杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345891.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345891.htm

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（ETHZurich）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（JohanRobertsson）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（MarcSerra-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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415063.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415063.htm

想监测一座正在喷发的火山吗？这种传感器可以做到这一点

想监测一座正在喷发的火山吗？这种传感器可以做到这一点航空航天、能源、交通和国防--所有这些极端环境在开发监测物理和机械参数（如压力、力、应变和加速度）的传感器时构成了一种挑战。为了在这些环境中运行，传感器必须能够承受非常高的温度和恶劣的条件。例如，航空涡轮机械产生的温度在167°F（75°C）和932°F（500°C）之间。核反应堆在572°F(300°C)和1832°F(1000°C)之间运行。而石化行业使用的管道中的温度从接近北极的寒冷到沙漠的炙热不等。休斯顿大学的研究人员已经开发出一种压电传感器，它可以耐受这些类型的极端情况，同时保持敏感和可靠。该研究的通讯作者Jae-HyunRyou说："能够容忍这种极端环境的高灵敏度、可靠和耐用的传感器对于这些应用的效率、维护和完整性是必要的。"压电性是指固体材料在受到机械压力时积累的电荷。压电传感器通过将压力、加速度或应变转换为电荷来测量它们的变化。该研究小组已经开发了一种氮化镓（GaN）压电压力传感器，旨在用于极端环境中。然而，他们发现该传感器的灵敏度会在温度高于662°F（350°C）时下降。尽管氮化镓是一种宽带隙半导体，但研究人员推测，灵敏度的下降是由于带隙不够宽。带隙是激发电子并产生导电性所需的最小能量。因此，研究人员使用氮化铝（AlN）创建了一个新的传感器。研究人员比较了氮化铝和氮化镓传感器的性能，把它们放在一个管式炉中，以100度的增量将热量从212°F（100℃）增加到1652°F（900℃），随后使用压力调节的氮气来评估它们的压力感应能力。与GaN传感器相比，AlN传感器被发现具有更宽的带隙，可以在更高的温度下工作，同时仍然提供快速、稳定和可靠的测量。事实上，它可以在高达1652°F（900°C）的温度下工作，这是喷发的黑火山熔岩的温度，是地球上最热的熔岩类型。该研究的主要作者Nam-InKim说："传感器在大约1000°C[1832°F]下工作证明了这一假设，这是压电传感器中的最高工作温度。"由于氮化铝的物理特性，它不仅可以承受高温，而且还具有很高的抗辐射能力，并能抵抗有机溶剂、海水、紫外线以及弱酸和弱碱。现在，研究人员已经在实验室里证明了他们的AlN压电传感器的高耐用性，他们计划在真实世界的环境中进行测试。"我们的计划是在几个恶劣的环境中使用该传感器，"Ryou说。"例如，在核电站进行中子暴露，在高压下测试氢气储存。氮化铝传感器由于其稳定的材料特性，可以在中子暴露的大气中和非常高的压力范围内运行。"但研究人员把目光投向了重工业以外的其他应用。他们预见到将他们的传感器纳入用于健康监测的可穿戴设备，或用于精确感应的软机器人。该研究发表在《先进功能材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360981.htm

科学家开发新汗液传感器 使用“分子印记聚合物”检测更多的代谢物

科学家开发新汗液传感器使用“分子印记聚合物”检测更多的代谢物尽管现在有一些皮肤穿戴式传感器可以识别汗液中的代谢物，但该技术在检测内容上是有限的，而且这些传感器通常不能重复使用。然而，一种新的传感器利用一种“分子印记聚合物”，使其更加有用。该实验装置是由加州理工学院（Caltech）的一个团队开发的，由高伟副教授领导。此前，高伟和他的团队创造了嵌入酶或抗体的传感器，这些酶或抗体与佩戴者汗液中的特定代谢物化学品发生反应。除其他事项外，某些此类化学品的异常高或低水平可以表明需要治疗的特定疾病。但不幸的是，这些酶只能检测到相对较少的代谢物。抗体的用途更广一些，但它们只能使用一次。为了寻求一种性能更好的替代品，研究人员设计了一种传感器，它包含了一种聚合物薄膜，当它与汗水接触时产生电流。重要的是，在该薄膜和皮肤之间形成的一层是经过分子印记的第二种聚合物。压印过程包括在聚合物中嵌入目标代谢物的分子，而它仍处于液体状态，允许聚合物凝固成类似橡胶的稠度，然后使用一种化学过程将分子从其中移除。所产生的是一个包含微小模塑孔的聚合物片，其大小和形状与分子完全一致。当汗水与该聚合物接触时--如果汗水中很少或没有代谢物--液体就会流过大部分开放的小孔，当它到达下面的其他聚合物时就会产生强烈的电流。然而，如果汗液中存在高水平的代谢物，这些分子将堵塞许多孔。这意味着没有那么多的汗液能够通过，所以会产生较弱的电流。因此，通过监测传感器产生的电信号，可以测量佩戴者汗液中目标代谢物的浓度--汗液中的浓度通常与血液中的浓度一致。施加微弱的电流随后会破坏堵塞孔洞的分子，从而使传感器能够被重新使用。该传感器最初确实在皮肤上施加了自己的小电流，以刺激汗液分泌。然而，由于其微流体设计只需要极少量的汗液，因此电流非常微弱，据说不会让佩戴者感到不舒服。它已经在实验室中对志愿者进行了测试，并应很快成为更大规模临床试验的对象。“这种方法使我们能够检测到一堆新的关键营养物质和代谢物。我们可以监测我们何时进食并观察营养素水平的变化，”高伟说。“它不仅监测营养物质，而且还监测激素和药物。它可以为许多健康状况提供连续监测。”有关这项研究的论文最近发表在《自然·生物医学工程》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305285.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305285.htm

基于水凝胶的传感器可改善膀胱过度活动症患者的生活质量

基于水凝胶的传感器可改善膀胱过度活动症患者的生活质量逼尿肌排列在膀胱壁上。受神经控制，在健康人中，肌肉放松以保持尿液，并在人排尿时收缩。但在OBS患者中，该肌肉过度活跃，导致突然的尿意，频繁的排尿（每天超过8次，通宵两次以上），偶尔会出现尿失禁。全世界有12.8%的女性和10.8%的男性患有OBS。这种情况的不可控性意味着，除了出现症状外，人们还经常受到不良影响，如工作效率下降、性满意度降低、心理健康状况不佳、焦虑和抑郁症发病率升高，以及睡眠质量下降。此外，如果不加以治疗，OBS可能导致肾功能障碍和衰竭。虽然这种情况可以用药物治疗，但对一些人来说，药物治疗是无效的。一种相对较新的治疗方法是对连接到膀胱的神经进行电刺激以减少过度活动。然而，如果不监测膀胱活动，就很难确定什么是正确的刺激量。刺激必须恰到好处；否则，治疗是无效的。为了准确监测OBS，需要对膀胱和逼尿肌的活动进行全面的机电测量。过去迭代的膀胱监测设备侧重于机械收缩和放松，但与日常活动相关的身体运动会干扰信号质量。此外，它们没有包括肌电图（EMG）来监测膀胱的生物电或神经活动。考虑到这些限制，韩国浦项科技大学（POSTECH）的研究人员设计了一种多功能植入式传感器，在一个平台上测量膀胱容积、机械收缩和放松以及神经活动。由于USH-SI传感器（超软水凝胶与结构工程小体结合的缩写）是由高弹性水凝胶制成的，与传统的硅胶传感器相比，它更容易和更牢固地粘附在膀胱组织上。在对一只猪和一只大鼠进行的实验中，研究人员发现，该传感器可以连续实时监测机电活动。而且该装置足够小，可以使用腹腔镜（"钥匙孔"）手术插入。该研究的通讯作者StevePark教授说："新的传感器表明，传感器可以做得足够小，可以通过外科机器人辅助的腹腔镜手术插入。这有可能最大限度地减少病人恢复的时间，并减少副作用。"研究人员正在开发高分辨率和多阵列传感器，以实现对膀胱活动的空间-时间分析。他们还在研究一个完全可植入的反馈系统，该系统包含一个神经刺激器，可用于诊断和治疗OBS以及潜在的其他疾病。该研究的主要作者Sung-MinPark教授说："我们将USH-SI传感器与一个神经刺激器结合起来，以治疗膀胱过度活动这一慢性疾病。这允许同时进行监测和神经刺激。我们期望它成为一个可以应用于其他内部器官的平台"。该研究发表在《生物传感器和生物电子学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349349.htm

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象虽然急性炎症反应是人体抵抗感染和加速愈合的自然方式，但长期或慢性炎症可能会导致不可逆的组织损伤。而能够快速、轻松地检测炎症是治疗的关键。测量血液中C反应蛋白(CRP)的水平通常用作炎症的生物标志物，但需要复杂的实验室设备和人员来分析血液样本。现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，称为InflaStat，通过测量人体汗液中的CRP水平来无线、无创地监测炎症。研究人员在开始制造他们的第一个汗液分析传感器之前必须克服一些障碍。主要难题是CRP比其他分子更难检测，它在血液中的浓度比其他生物标志物低得多，而且它的分子更大，这意味着将它们从血液中分泌到汗液中更加困难。“这些是以前阻止人们进行可穿戴CRP传感的主要问题，”该研究的通讯作者高伟说。“我们需要高灵敏度来自动监测皮肤上极低浓度的CRP。”InflaStat由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成较大的表面积。这些孔含有与CRP结合的抗体和称为氧化还原分子的特殊分子，能够在某些条件下产生小电流。传感器结构中融入了金纳米颗粒，每个纳米颗粒都携带一组独立的CRP检测抗体。当佩戴者汗液中的CRP分子进入传感器时，它们会附着在检测器抗体和石墨烯孔中的抗体上。然后纳米颗粒附着在石墨烯上并触发氧化还原分子产生电流，该电流由附着在传感器上的电子元件读取。由于每个金纳米粒子都含有许多检测抗体，因此信号（非常小）被放大得远远超过单个CRP分子产生的信号。研究人员在健康参与者、慢性阻塞性肺病患者和从新冠病毒感染中康复的参与者身上测试了InflaStat。他们发现该传感器佩戴舒适，并且可以无创、无线地获取炎症生物标志物信息。数据实时显示在定制的智能手机应用程序上。正如预期的那样，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的CRP水平显着高于健康参与者。研究人员发现，该传感器可以准确检测汗液中与血液水平相关的CRP水平。研究人员表示，他们的研究结果表明，他们的传感器可用于无创、家庭监测炎症性肠病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他们表示它可以适用于测试其他痕量水平和疾病相关的生物标志物。“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低水平的分子，”高说。“我们希望扩展这个平台来监测其他临床相关的蛋白质和激素分子。我们还想看看这是否可以用于慢性病管理。炎症对许多患者来说意味着风险。如果能够在家对他们进行监测，就可以识别他们的风险，并及时给予治疗。”该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上，下面由加州理工学院制作的视频展示了传感器如何检测CRP。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366975.htm