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傳感器制造商一直在透過反復(fù)試驗(yàn)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(framework)來總括所有的經(jīng)驗(yàn)法則,以做為新一代傳感器的設(shè)計(jì)方法。而來自美國普渡大學(xué)(PurdueUniversity)的工程師補(bǔ)足了這個遺憾,為設(shè)計(jì)傳感器提供了新的途徑。

普渡大學(xué)電子電機(jī)教授AshrafAlam表示,他與其博士研究生PradeepNair已經(jīng)采取一種系統(tǒng)化方法(systematicway)將各種設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。為了測試他們的傳感器設(shè)計(jì)法則,他們著手研究哪一種納米級傳感器設(shè)計(jì),對于透過目標(biāo)分子(targetmolecule)進(jìn)行感測的應(yīng)用最適合。

研究人員過去就已經(jīng)發(fā)現(xiàn),當(dāng)感測個別分子時(例如煙霧探測器或生物、化學(xué)探測器),感測組件越小越好,但其原因一直未被證實(shí)地認(rèn)為,是與目標(biāo)分子的擴(kuò)散情況會限制傳感器運(yùn)作速度有關(guān)。

而Alam和Nair宣稱已為以上的理論得到了證實(shí)。首先,他們比較了傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅?planarsensor)組件與圓柱形單納米管傳感器 (cylindricalsingle-nanotubesensor)組件,結(jié)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?yàn)楦袦y組件的尺寸與被感測的分子較為接近,不過普渡大學(xué)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?zhèn)鞲衅鞯脑?是因?yàn)槟繕?biāo)分子會從正面(front)擴(kuò)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(dāng)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(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅鳌?/p>

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(shè)計(jì)人員使用納米復(fù)合材料(又稱為nanonet)感應(yīng)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(diǎn)(nanodot)傳感器進(jìn)行了研究,因?yàn)榍蛐蝹鞲衅骺雌饋響?yīng)該比圓柱形傳感器更靈敏,因?yàn)榉肿幽軌驈母嗟姆较蚪佑|感測組件。不過根據(jù)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(gòu)能夠使用電子式方法檢測DNA序列的傳感器,使基因定序(genomesequencing)工作能更容易透過自動化的方式進(jìn)行。目前的基因定序是透過分子化學(xué)探測的方法執(zhí)行,速度慢且程序繁瑣。