En nano-transistor vurderer dit helbred via sved

Fremstillet af state-of-the-art silicium transistorer, en sensor med ultralav effekt muliggør scanning i realtid af indholdet af væsker såsom sved. Kompatibel med avanceret elektronik, denne teknologi kan prale af enestående nøjagtighed - nok til at fremstille mobile sensorer, der overvåger helbred.

Forestil dig, at det er muligt, gennem et lille selvklæbende elektronisk stempel fastgjort til armen, at vide i realtid ens niveau af hydrering, stress eller træthed under jogging. En ny sensor udviklet på Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) ved EPFL er det første skridt mod denne applikation. "Den ioniske ligevægt i en persons sved kan give væsentlig information om hans helbredstilstand, " siger Adrian Ionescu, direktør for Nanolab. "Vores teknologi detekterer tilstedeværelsen af ​​elementært ladede partikler i ultrasmå koncentrationer såsom ioner og protoner, som ikke kun afspejler svedens pH -balance, men også mere kompleks hydrering af trætte tilstande. Ved en tilpasset funktionalisering kan jeg også spore forskellige slags proteiner."

En to-i-en chip

Udgivet i tidsskriftet ACS Nano , enheden er baseret på transistorer, der kan sammenlignes med dem, som virksomheden Intel bruger i avancerede mikroprocessorer. På den avancerede "FinFET" transistor, forskere fikseret en mikrofluidisk kanal, gennem hvilken væsken, der skal analyseres, strømmer. Når molekylerne passerer, deres elektriske ladning forstyrrer sensoren, hvilket gør det muligt at udlede væskens sammensætning.

Den nye enhed er ikke kun vært for sensorer, men også transistorer og kredsløb, der muliggør forstærkning af signalerne – en væsentlig nyskabelse. Bedriften er afhængig af et lagdelt design, der isolerer den elektroniske del fra det flydende stof. "Normalt er det nødvendigt at bruge separat en sensor til detektion og et kredsløb til beregning og signalforstærkning, " siger Sara Rigante, hovedforfatter til publikationen. "I vores chip, sensorer og kredsløb er i den samme enhed – hvilket gør det til et 'Sensing integreret kredsløb'. Denne nærhed sikrer, at signalet ikke forstyrres eller ændres. Vi kan derved opnå ekstremt stabile og nøjagtige målinger."

Men det er ikke alt. På grund af størrelsen af ​​transistorerne - 20 nanometer, som er hundrede til tusind gange mindre end tykkelsen af ​​et hår - det er muligt at placere et helt netværk af sensorer på en chip, hvor hver sensor lokaliserer en anden partikel. "Vi kunne også påvise calcium, natrium eller kalium i sved, ", uddyber forskeren.

En sensor med enestående stabilitet

Teknologien udviklet på EPFL skiller sig ud fra sine konkurrenter, fordi den er ekstremt stabil, kompatibel med eksisterende elektronik (CMOS), ultra-lav effekt og nem at gengive i store rækker af sensorer. "På området for biosensorer, forskning omkring nanoteknologi er intens, især med hensyn til silicium nanotråde og nanorør. Men disse teknologier er ofte ustabile og derfor ubrugelige i øjeblikket i industrielle applikationer, " siger Ionescu. "I tilfældet med vores sensor, vi startede fra ekstremt kraftfuldt, avanceret teknologi og tilpasset den til at registrere behov i en væskeport FinFET-konfigurationer. Elektronikkens præcision er sådan, at det er nemt at klone vores enhed i millioner med identiske egenskaber."

Ud over, teknologien er ikke energikrævende. "Vi kunne fodre 10, 000 sensorer med en enkelt solcelle, " siger professor Ionescu.

At vælge den rigtige teknologi og den rigtige arkitektur

Så langt, testene er udført ved at cirkulere væsken med en lillebitte pumpe. Forskere arbejder i øjeblikket på et middel til at suge sveden ind i mikrofluidrøret via wicking. Dette ville fjerne den lille analyserende "plaster" af behovet for en tilsluttet pumpe.