美發明極細石墨烯傳感器研究人腦

2020-11-23 中國科學院

  美國防部先進項目研究局(DARPA)與威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員共同研發出一項人腦研究技術,可探究人腦神經結構與功能的聯繫。該技術用石墨烯做傳感器,厚度僅相當於4個原子,首次可兼容光學和電學手段同時觀測。研究報告最近刊登在《自然·通訊》雜誌上。

  「這一技術表明,在對腦部神經網絡活動進行可視化和量化處理方面,我們或許會有重大突破。」DARPA項目主管多哥·韋伯說。

  據物理學家組織網10月22日(北京時間)報導,這一新設備利用石墨烯做傳感器,可以導電,但厚度不到一納米,並且比現在的金屬觸點細了幾百倍。這麼細的材料可以讓大部分波段的幾乎所有光通過,從而使光學和電學手段在這裡相互兼容。此外,石墨烯對生物系統無毒害,比之前的試驗材料進步了許多。

  石墨烯獲2010年諾貝爾物理學獎,超分辨螢光顯微鏡摘得了2014年化學獎。目前,腦功能研究的技術支柱是神經元信號電子監控與模擬,而新興的光學技術利用光子進行研究,從而為神經網絡結構的可視化以及腦結構開發開闢了新路。電子技術和光學技術相互區別同時優勢互補,如果一起利用,將可能有利於進行高解析度腦部研究。在此次研究之前,這些技術的融合併非易事,因為傳統的金屬電極太厚,往往大於500納米,所以難以透光,進而與許多光學技術不兼容。

  透析腦部的解剖結構與功能一直是神經科學領域所追求的目標,同時也是歐巴馬政府「人腦計劃」研究項目的重中之重。DARPA希望下一代神經科學技術可以反映出神經網結構和功能的關係。科研人員希望提升這一新研發工具的性能,從而可以同時測量任意移動目標的神經元功能、動態和行為。

  韋伯說:「現在,我們有機會直接一探究竟,去觀察、測量和模擬神經迴路,從而探索這些聯繫,並確認大腦迴路的功能。這一發現能幫助我們有效了解和治癒腦部創傷與疾病。」

相關焦點

  • 石墨烯橡皮泥傳感器
    來自愛爾蘭都柏林三一學院材料科學研究中心(AMBER)的研究人員發現橡皮泥能夠同時表現出彈性固體和液體的特質,而且在結合石墨烯後,這種特性愈加明顯。於是,研究人員將兩種材料——石墨烯和橡皮泥(SillyPutty)混合,得到了一種優質導電性的高靈敏傳感器。
  • 美國陸軍資助石墨烯"高十萬倍的靈敏度" 的微波輻射傳感器研究
    美國陸軍資助基於石墨烯"高十萬倍的靈敏度" 的微波輻射傳感器研究美國陸軍研究人員開發了一種新的微波輻射傳感器,據稱其靈敏度是目前商業傳感器的100,000倍。該工作發表在《Nature》雜誌上(Graphene-based Josephson junction microwave bolometer)。
  • 技術解析:基於石墨烯的光學生物傳感器的研究進展
    目前,人們已將基於石墨烯的材料廣泛應用於諸多領域,如吸附劑、催化劑、藥物載體等。石墨烯具有的奇特性質,使得其能夠滿足高靈敏性傳感器設計的需求,並已用於構建光學、電化學及場效應傳感器、細胞標記及實時監測等。本文介紹了基於石墨烯材料的光學生物傳感器的研究進展,重點評述了基於石墨烯基的螢光共振能量轉移(FRET)以及比色法傳感器。
  • 疫情讓氧化石墨烯傳感器大顯身手
    石墨烯有著獨特的物理屬性,從而使得在很多傳感領域有應用。如光傳感器,電磁傳感器,應力與質量傳感器以及化學與電化學傳感器。Fraunhofer IZM的研究人員目前正專注於這項應用,以檢測Covid-19病毒的早期感染,這有助於追蹤感染是如何傳播的。 放置在石墨烯傳感器表面的真實分子可以檢測Covid-19抗體的特定生物標記物,並對生物標記物濃度進行差異測量,以確定是否存在感染。
  • 愛沙尼亞研究人員正在開發基於石墨烯的氣體嗅覺傳感器
    愛沙尼亞塔爾圖大學的研究人員正忙於開發基於石墨烯的氣體嗅覺傳感器。這一突破使智慧型手機用戶能夠立即獲得有關其環境的信息。據世界衛生組織稱,室外空氣汙染是全球最大的健康風險之一,也是死亡和疾病的主要原因。這在歐洲也是一個嚴重的問題:72%的歐洲人生活在城市地區,每天都暴露在空氣中的有毒物質中。
  • 國外研究人員研發石墨烯生物傳感器監控食品的新鮮度和安全性
    究人員正在使用氣溶膠噴射印刷技術來創建這些石墨烯生物傳感器,這些傳感器可以檢測出組胺,一種變應原和變質的魚和肉的指示劑。使石墨烯在一次性食品安全傳感器上實用是一種低成本的氣溶膠噴射印刷技術,其精確度足以創建電化學傳感器檢測小分子(例如組胺)所需的高解析度電極。  愛荷華州立大學機械工程學副教授、該研究項目的負責人之一喬納森·克勞森說:「這一高解析度至關重要,一般來說,我們越靠近這些電極指,這些生物傳感器的靈敏度就越高。」
  • 考納斯理工大學研究團隊開發了新款基於石墨烯-有機矽肖特基接觸的紅外傳感器
    考納斯理工大學(KTU)材料科學研究所的研究團隊開發了新款基於石墨烯-有機矽肖特基接觸的紅外傳感器,其效率高於目前市場上的紅外傳感器
  • 石墨烯的薄片,構建類人腦計算機晶片的關鍵
    石墨烯的微小薄片,是構建以類似於人腦的方式處理信息的計算機晶片的關鍵。——使得晶片運行速度大大增長,可以用來做更好的圖像識別,甚至包括控制高超音速飛機系統。  研究人員正在開發由電晶體網絡組成的所謂的神經形態晶片,即電晶體網絡的網絡交互方式類似神經原,使其可以比傳統晶片更快速、精準地處理如視覺信息等的模擬輸入。
  • 基於石墨烯和矽肖特基接觸的紅外輻射傳感器
    (KTU)材料科學研究所的一組研究人員創建了新的基於石墨烯和矽肖特基接觸的紅外輻射傳感器,這些傳感器比目前市場上使用的紅外傳感器更有效。 這些傳感器用於研究其他行星:礦物學分析,行星大氣中的大氣現象以及尋找可能的生命跡象。它們對於太空中的許多類型的研究都很重要。」ŠarûnasMeškinis博士說。 由KTU研究人員創建的傳感器可以以多種方式應用。ŠarûnasMeškinis博士認為,首先要考慮的是使這些傳感器適應光學編碼。
  • 用橡皮泥「玩」出超靈敏石墨烯傳感器
    (AMBER)實驗室嘗試各種新材料,就在一次隨手混合黏彈性化合物與石墨烯的意外中,開啟了打造超高靈敏傳感器的新機會。這也我們開啟了一項為期30個月的超高靈敏傳感器研究計劃。」這項研究報告主題是「使用黏彈性的『石墨烯-聚合物』納米複合材料實現靈敏的機電傳感器」(Sensitive electromechanical sensors using viscoelastic graphene-polymer nanocomposites),發表在《科學》(Science)期刊中,文中詳細介紹混合石墨烯納米薄片至具有高度黏彈性的聚矽氧烷基體(即一般市售的Silly
  • 石墨烯傳感器發現磁場中的細微之處
    康奈爾大學的研究人員使用超薄石墨烯&34;製造出一種微小的磁場傳感器,該傳感器可以在比之前傳感器更於溫度範圍內工作,同時還可以檢測磁場的微小變化,否則這些變化可能會在更大的磁背景中丟失。由物理學助理教授Katja Nowack領導的研究人員通過將石墨烯夾在六邊形氮化矽片之間,製造了這種微米尺度的霍爾效應傳感器,從而產生了一種在比之前的霍爾傳感器更熱的溫度範圍內運行的裝置。該小組的論文&34;於8月20日發表在《自然通訊》雜誌上。
  • 中美科學家:超薄石墨烯「三明治」式的微型靈敏磁場傳感器
    由中國、美國的物理學家組成的一個研究團隊,通過使用超薄石墨烯「三明治」製造了一種微型磁場傳感器,該傳感器可以在比以前的傳感器更大的溫度範圍內工作,同時還可以檢測磁場中的微小變化,而這些變化可能會在更大的磁場背景中丟失。
  • 清華微納電子系任天令團隊在極低功耗阻變存儲器研究取得重要進展
    清華微納電子系任天令團隊在極低功耗阻變存儲器研究取得重要進展清華新聞網12月13日電12月4日,清華大學微納電子系任天令教授團隊在《美國化學學會·納米》(ACS Nano)上發表了題為《面向神經計算應用基於機械剝離二維鈣鈦礦材料的極低工作電流阻變存儲器》(「Extremely Low Operating Current Resistive
  • 科學家設計出石墨烯波紋結構應力傳感器
    中科院物理所科研人員最近在石墨烯電子皮膚研究中取得系列進展,相關成果發表於《美國化學會·納米》
  • 科學家通過石墨烯製成惰性氣體的傳感器
    打開APP 科學家通過石墨烯製成惰性氣體的傳感器 cnBeta.COM 發表於 2020-11-30 11:24:45 石墨烯具有優異的強度、柔韌性和導電性,在很多不同的領域都有很大的潛力,這可能會延伸到無味、無色氣體的檢測上。
  • 湖南高校研發促進病原體高效檢測的石墨烯生物傳感器
    隨著納米科學和納米技術的快速發展,利用納米材料輔助生物傳感器以提升檢測性能備受關注。納米石墨烯具有優良的光、電理化特性,在過去的十多年中,基於石墨烯的光學、電化學生物傳感器得到了大力發展。石墨烯生物傳感器具有檢測對象廣、功能可調、信號轉換方便、靈敏度高等優勢,在病原體檢測方面已被逐漸研究和報導。其傳感原理和相關技術在其它類型生物傳感器的構建中亦可借鑑。
  • mK極低溫納米精度位移臺在二維材料、石墨烯等...
    nature:石墨烯摩爾超晶格可調超導特性研究近期,美國和中國的國際科研團隊合作在nature上報導了在ABC-三層石墨烯(TLG)以及六方氮化硼(hBN)摩爾超晶格中發現可調超導性特徵。研究人員通過施加垂直位移場,發現ABC-TLG/hBN超晶格在20K的溫度下表現出莫特絕緣態。進一步通過冷卻操作發現,在溫度低於1K時,該異質結的超導獨特特性開始出現。通過進一步調控垂直位移場,研究人員還成功實現了超導體-莫特絕緣體-金屬相的轉變。
  • 氧化石墨烯/碳納米線圈複合材料,用於高性能溼度傳感器
    ,並在QCM傳感器上對其進行了改進1成果簡介 設計高性能的溼度傳感器以快速準確地檢測相對溼度(RH)在各種應用中很重要。本文,浙江理工大學高俊闊等研究人員,基於石英晶體微天平(QCM)傳感平臺,利用商品化的氧化石墨烯作為傳感材料,並添加了商品化的碳納米線圈來阻止氧化石墨烯層的堆疊。所製造的新型傳感器具有超高響應(4618 Hz / 97%RH)和快速可逆性(2s)。這項工作不僅擴展了商業碳材料的應用,而且實現了具有商業潛力的高性能溼度傳感器的開發。
  • 淺談新型石墨烯生物傳感器種新作用
    打開APP 淺談新型石墨烯生物傳感器種新作用 發表於 2018-03-26 10:59:01
  • 應用納米SnO2石墨烯墨水3D列印一氧化碳傳感器
    市場上已經有很多的傳感單元依賴於半導體SnO2,研究人員創造了一種新的工藝來製造傳感陣列,基於「半導體催化劑修飾還原氧化石墨烯的媒介」。       傳感器現有的製造方式比較昂貴、耗時間且需要特定的條件,如高溫及製造過程中很多步驟。      「此外,塊體的SnO2傳感媒介通常必須被加熱至400℃以上以實現充分的CO反應。」