Een team van wetenschappers van de Universiteit van Massachusetts Amherst heeft de dunste en meest gevoelige flowsensor ontwikkeld, die belangrijke implicaties kunnen hebben voor medisch onderzoek en toepassingen, volgens nieuw onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het onderzoek werd geleid door Jinglei Ping, universitair docent werktuigbouwkunde en industriële techniek, samen met een drietal werktuigbouwkundige Ph.D. studenten:Xiaoyu Zhang, die de sensor heeft gefabriceerd en de meting heeft gedaan, Eric Chia en Xiao Fan. De bevindingen maken de weg vrij voor toekomstig onderzoek naar volledig elektronische, in-vivo stroommonitoring bij het onderzoeken van ultra-low-flow levensverschijnselen die nog moeten worden bestudeerd in metabolismeprocessen, retinale hemorheologie en neurowetenschappen.

Stroomsensoren, ook wel flowmeters genoemd, zijn apparaten die worden gebruikt om de snelheid van vloeistof- of gasstromen te meten. De snelheid van biofluïdische stroom is een belangrijke fysiologische parameter, maar bestaande stroomsensoren zijn ofwel omvangrijk of missen precisie en stabiliteit. De nieuwe flowsensor ontwikkeld door het UMass Amherst-team is gebaseerd op grafeen, een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatrooster, om de leiding te nemen van een continue waterige stroom. Dit fenomeen biedt een effectieve flow-sensing-strategie die zelfaandrijvend is en belangrijke prestatiestatistieken levert die honderden keren hoger zijn dan andere elektrische benaderingen. De grafeenstroomsensor kan de stroomsnelheid detecteren tot een micrometer per seconde, dat is, minder dan vier millimeter per uur, en heeft het potentieel om minimale veranderingen in de bloedstroom in capillaire vaten te onderscheiden. De prestaties van de grafeenflowsensor zijn al langer dan een half jaar stabiel.

Ping zegt dat het apparaat dat zijn team heeft gemaakt het eerste is dat zelfvoorzienend en krachtig is. en het heeft het potentieel om te worden geïmplanteerd voor biofluïdische stroommonitoring op de lange termijn. De meest eenvoudige toepassing, hij voegde toe, mogelijk in de zorg. Het implanteren van een microflowmeter zoals die zijn team ontwikkelde in een klein bloedvat is veel eenvoudiger en veiliger dan bestaande flowmeters. die niet geschikt zijn voor low-flowmeting en in een groter bloedvat moeten worden geïnstalleerd. Ping voegde eraan toe dat wetenschappers en artsen het misschien nuttig vinden voor hun onderzoek en klinische toepassingen, zoals het bewaken van de bloedstroomsnelheid in diepe hersenvaten om de werking van neuronen die de bloedstroom regelen te begrijpen.

Grafeen is het belangrijkste materiaal bij de ontwikkeling van de sensor, zei Ping. De unieke combinatie van intrinsieke eigenschappen van grafeen, zoals ultrahoge gevoeligheid, ultra-lage elektrische ruis, minimale contactelektrificatie met waterige oplossingen, uitstekende stabiliteit in chemisch en mechanisch gedrag en immuniteit tegen biofouling, werken samen om de hoge prestaties van de flowsensor te induceren.

De volgende stappen voor Ping en zijn team zijn onder meer de integratie van de flowsensor in een zelfvoorzienend apparaat voor flowbewaking en het verkennen van de toepassing van het apparaat in de gezondheidszorg.