基于石墨烯的流量计传感器测量纳米速率流体流动，第1部分：挑战

当涉及几乎所有生物测量时，许多感兴趣参数的范围是低于众多工程师熟悉的数量的顺序。而不是Megahertz甚至千赫兹，生活生物世界在单一或两位数的赫兹范围内，例如每分钟大约60多个节拍（BPM），用于典型的人体心脏，毫伏和神经的毫伏和微伏水平信号和Picoamp和汇流量电流流动。

压力和流体流量值也在“下面”区域（图1）。考虑收缩压的平均范围，通常在100至150mmHg的范围内。这对应于两到三磅/平方英寸（PSI）或大约15到20只千桶（KPA; 1 Pascal =每平方米的一个牛顿的力）。流速（速度）也非常低，毫米/秒甚至微米/第二区域。此外，由于“管道”的“壁”是灵活的，并且与每个节拍的“墙”柔性和膨胀/合同，因此难以精确地模拟流量/体积，并且血管阀使流动湍流而不是层流。

图1：可以进行比较的血管之间的关系包括（a）血管直径，（b）总横截面积，（c）平均血压和（d）血流速度。（图片：腔学习）

尽管环境和不可避免的物理噪声和动态，但是在寻找可接受的分辨率时，这些低值挑战传感器工程。添加到挑战是许多“适用”感测情况所需的小换能器大小，例如血管从相对较大的动脉缩小到较小的静脉甚至毛细血管（图2）。

图2：动脉和动脉瘤具有相对较厚的肌肉壁，因为它们中的血压高，因为它们必须调节它们的直径以保持血压并控制血液流量。静脉和静脉具有更薄的较薄，比动脉和动脉瘤更少的肌肉壁，主要是因为静脉和静脉的压力要低得多。静脉可以扩张以适应增加的血容量。（图片：Merck Sharp＆Dohme公司，默克＆CO的子公司）

用于低流量传感的技术中，用于低流量传感的是非接触式超声波多普勒速度方案，但是难以将超声能量聚焦在特定的感兴趣位置，特别是随着这种能量漫射在通过组织时扩散。其他传感器使用摩擦电效应（与静电相关），但这些困境：这种传感器在设置到位时（纳米线阵列中的几个立方毫米）仍然非常小，因此其微量输出仍然非常小，因此其微量输出仍然非常小而侵扰通常埋在电气和运动噪声之下。现有方法的缺点和一般微型和纳米级感测的需要 - 尤其是生物学设置 - 正在驾驶研究进入更好的传感器，该传感器在这些层次上运作，这也将与测试主题场景兼容。

现在，马萨诸塞州大学（Amherst）的研究团队设计并测试了一种高性能石墨烯的纳米传感器，易于电接口。同样重要的是，它们的长期测试显示传感器性能的可忽略不计，另一个重要因素往往损害了流体接触情况中传感器的效用。这项工作部分由美国国防部的科学研究部门提供资金。

这一部分的三部分文章看了与传感纳米血管相关的基本问题，例如血管。下一部分地看着石墨烯，这使得这种新的纳米射线传感器成为可能。

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