Ultraempfindliche Durchflussmikrosensoren

Ein Forscherteam hat einen dünnen, hochempfindlichen Durchflusssensor entwickelt, der erhebliche Auswirkungen auf die medizinische Forschung haben könnte.

Strömungssensoren, auch Durchflussmesser genannt, dienen zur Geschwindigkeitsmessung von Flüssigkeits- oder Gasströmungen. Die Geschwindigkeit des biofluidischen Flusses ist ein wichtiger physiologischer Parameter, aber bestehende Flusssensoren sind entweder sperrig oder es mangelt ihnen an Präzision und Stabilität. Der neue Durchflusssensor basiert auf Graphen – einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einem Wabengitter angeordnet sind – um Ladung aus dem kontinuierlichen wässrigen Fluss zu ziehen. Dieses Phänomen bietet eine effektive Strategie zur Durchflussmessung, die selbstversorgt ist und wichtige Leistungskennzahlen liefert, die hundertmal höher sind als bei anderen elektrischen Ansätzen.

Der Graphen-Durchflusssensor kann eine Durchflussrate von nur einem Mikrometer pro Sekunde – weniger als vier Millimeter pro Stunde – erkennen und hat das Potenzial, minimale Änderungen des Blutflusses in Kapillargefäßen zu erkennen. Die Leistung des Graphen-Durchflusssensors war über einen Zeitraum von mehr als einem halben Jahr stabil.

Das Gerät ist selbstversorgt und hat das Potenzial, für die langfristige biofluidische Flussüberwachung implantiert zu werden. Einen Mikroflussmonitor wie diesen in ein kleines Blutgefäß zu implantieren, ist viel einfacher und sicherer als bestehende Durchflussmesser, die nicht für Low-Flow-Messungen geeignet sind und in einem größeren Blutgefäß installiert werden müssen. Wissenschaftler und Ärzte finden es möglicherweise nützlich für Forschungs- und klinische Anwendungen wie die Überwachung der Blutflussgeschwindigkeit in tiefen Hirngefäßen, um die Funktionsweise von Neuronen zu verstehen, die den Blutfluss steuern.

Graphen ist das Schlüsselmaterial bei der Entwicklung des Sensors. Die einzigartige Kombination der intrinsischen Eigenschaften von Graphen – wie ultrahohe Empfindlichkeit, extrem geringes elektrisches Rauschen, minimale Kontaktelektrisierung mit wässrigen Lösungen, hervorragende Stabilität des chemischen und mechanischen Verhaltens und Immunität gegen Biofouling – wirken zusammen, um die hohe Leistung von zu induzieren den Durchflusssensor.

Zu den nächsten Schritten des Teams gehören die Integration des Durchflusssensors in ein autarkes Durchflussüberwachungsgerät und die Erforschung der Anwendung des Geräts im Gesundheitswesen.