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美學者找出高靈敏度傳感器設計新方法

來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2012/10/5

    傳感器制造商一直在透過反復試驗的工程創(chuàng)新方法來改善傳感器的靈敏度；但遺憾的是業(yè)界并沒有一個框架來總括所有的經驗法則，以做為新一代傳感器的設計方法。而來自美國普渡大學(PurdueUniversity)的工程師補足了這個遺憾，為設計傳感器提供了新的途徑。

    普渡大學電子電機教授AshrafAlam表示，他與其博士研究生PradeepNair已經采取一種系統化方法將各種設計法則整合在一起，因此他們已擁有一個具一致性的框架來對改善傳感器的設計。為了測試他們的傳感器設計法則，他們著手研究哪一種納米級傳感器設計，對于透過目標分子進行感測的應用最適合。

    研究人員過去就已經發(fā)現，當感測個別分子時(例如煙霧探測器或生物、化學探測器)，感測組件越小越好，但其原因一直未被證實地認為，是與目標分子的擴散情況會限制傳感器運作速度有關。
 
    Alam和Nair宣稱已為以上的理論得到了證實。首先，他們比較了傳統的平面傳感器組件與圓柱形單納米管傳感器組件，結果顯示較小的圓柱形傳感器的靈敏度至少高100倍，這足以證明越小越好的理論。

    而其原因更令人吃驚──工程師原本以為納米級傳感器較好，是因為感測組件的尺寸與被感測的分子較為接近，不過普渡大學的研究人員卻顛覆了以上想法，指出奈米級圓柱傳感器優(yōu)于平面傳感器的原因，是因為目標分子會從正面擴散到平面?zhèn)鞲衅鞯谋砻�，而圓柱形奈米管傳感器并沒有所謂的“正面”。

    Alam指出，當使用納米級的圓柱形傳感器，被感測的分子會從四面八方而來，因此其靈敏度會優(yōu)于傳統的平面?zhèn)鞲衅鳌?BR>
    不過雖然圓柱形納米級傳感器的靈敏度較高，卻難以制造，有些傳感器設計人員使用納米復合材料(又稱為nanonet)感應元素，使用多個圓柱形奈米管或者奈米線，組成奈米線叢。但Alam卻指出這類傳感器并不會優(yōu)于單奈米線傳感器。

    此外研究人員還對納米點傳感器進行了研究，因為球形傳感器看起來應該比圓柱形傳感器更靈敏，因為分子能夠從更多的方向接觸感測組件。不過根據他們的模型顯示，球形納米傳感器并不會比奈米線或者奈米管傳感器具有更大的優(yōu)勢。

    目前，研究人員正使用他們的模型，來建構能夠使用電子式方法檢測DNA序列的傳感器，使基因定序工作能更容易透過自動化的方式進行。目前的基因定序是透過分子化學探測的方法執(zhí)行，速度慢且程序繁瑣。

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