Ett team av forskare vid University of Massachusetts Amherst har utvecklat den tunnaste och mest känsliga flödessensorn, som kan få betydande konsekvenser för medicinsk forskning och tillämpningar, enligt ny forskning publicerad nyligen i Naturkommunikation .

Forskningen leddes av Jinglei Ping, biträdande professor i maskin- och industriteknik, tillsammans med en trio av maskinteknik Ph.D. studenter:Xiaoyu Zhang, vem tillverkade sensorn och gjorde mätningen, Eric Chia och Xiao Fan. Resultaten banar väg för framtida forskning om helelektronisk, in vivo flödesövervakning för att undersöka livsfenomen med ultralågt flöde som ännu inte har studerats i metabolismprocesser, retinal hemorheologi och neurovetenskap.

Flödessensorer, även känd som flödesmätare, är anordningar som används för att mäta hastigheten på vätske- eller gasflöden. Hastigheten för biofluidflöde är en viktig fysiologisk parameter men befintliga flödessensorer är antingen skrymmande eller saknar precision och stabilitet. Den nya flödessensorn som utvecklats av UMass Amherst-teamet är baserad på grafen, ett enda lager av kolatomer ordnade i bikakegitter, att dra ledningen från kontinuerligt vattenflöde. Detta fenomen ger en effektiv flödesavkännande strategi som är självförsörjande och levererar nyckelprestandamått som är hundratals gånger högre än andra elektriska metoder. Grafenflödessensorn kan detektera flödeshastighet så låg som en mikrometer per sekund, det är, mindre än fyra millimeter per timme, och har potentialen att särskilja minimala förändringar i blodflödet i kapillärkärlen. Prestanda för grafenflödessensorn har varit stabil under perioder som överstiger ett halvt år.

Ping säger att enheten som hans team skapade är den första som är självdriven och har hög prestanda, och det har potentialen att implanteras för långsiktig biofluidflödesövervakning. Den mest enkla applikationen, han lade till, kan vara inom vården. Att implantera en mikroflödesmonitor som den som hans team utvecklade i ett litet blodkärl är mycket enklare och säkrare än befintliga flödesmätare, som inte lämpar sig för lågflödesmätning och behöver installeras i ett större blodkärl. Ping tillade att forskare och läkare kan finna det användbart för deras forskning och kliniska tillämpningar, som att övervaka blodflödeshastigheten i kärl i djupa hjärnor för att förstå funktionen hos neuroner som styr blodflödet.

Grafen är nyckelmaterialet i utvecklingen av sensorn, sa Ping. Den unika kombinationen av inneboende egenskaper hos grafen, som ultrahög känslighet, ultralågt elektriskt brus, minimal kontaktelektrifiering med vattenlösningar, enastående stabilitet i kemiska och mekaniska beteenden och immunitet mot biofouling, arbeta tillsammans för att inducera flödessensorns höga prestanda.

Nästa steg för Ping och hans team inkluderar att integrera flödessensorn i en självförsörjande flödesövervakningsenhet och utforska användningen av enheten inom sjukvården.