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金刚石被开发应用在检测生物威胁的传感器领域

展会前线中国仪表网2009年08月20日 09:57人气:480

一家美国公司正制定计划研发徽章大小、可穿戴式传感器,专门用于实时检测大肠杆菌、炭疽、伤寒等生物威胁。这种带有微小金刚石悬臂传感器正由位于美国伊利诺伊州ADT公司研究开发。该公司当前已一项为期三年研发项目开展了6个月研究,并有望2011年底之前推出原型装置。

金刚石因其超高硬度热导率而被众人所熟知。另外,金刚石其它一些特点让它生物传感器领域大显身手。特别重要,金刚石表面被极强碳氢键所覆盖,这意味着它水非常稳定,这一点与硅等其它传感器材料有很大不同。此外,氢原子可以被剥离下来并被抗体分子所取代。抗体分子与大肠杆菌等生物靶分子进行结合,就如锁钥匙那样联一起。

这种新器件带有形如跳水板悬臂。每个悬臂长约100微米,安装一块半导体芯片上。金刚石悬臂规格高度统一,由纳米晶颗粒组成。这些晶粒通过化学气相沉积工艺制成,每个晶粒直径约为2-5纳米。任何金刚石悬臂表面着陆生物分子可改变元件振动频率,这可通过悬臂压电反应转变为电信号。

检测100个细胞

为了保证信号足够强,ADT公司正计划每个传感器上安装多达50个悬臂。其一项挑战将病原体进行富集,这样即使极少量病原体也能检测得出。他们初始目标,对于100微升液体存100个病原体细胞情况,也能检测出来。该传感器甚至可用来检测各种不同靶分子——只需每个悬臂上面安装不同抗体就可实现。

“我们希望将传感器小型化,这样它就可以像徽章那样佩戴,或者可以挂脖子上”,研发负责人约翰卡莱尔如说。最终该设备将同时实现无线通信。这样比如一个带有传感器消防员,就可以获知一栋建筑可能存某些危险情况,且这些信息也被发送到心反应小组。

尽管该项目完全受美国国防威胁降低局价值480万美元合同资助,该企业表示传感器还可应用非军事领域方面,比如说它可以确定水否可以安全饮用。卡莱尔甚至想对传感器进行调整,以便它不仅能够检测水生物分子,还可对空气传播进行检测。“机会相当可观”,他说。
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