一个复杂的纳米线传感器的电磁生物传感器

文摘

建议测量biosignal值不同的起源与先进的纳米传感器的电磁量是合理的,当允许超导装置的能力。他们是由全面数组。表示数组可以植入生物体的离子通道和护套电磁射气的来源。纳米线传感器头函数都在被动模式下的生物和额外的激励定义biomedium通过相同的头(反向)。设计各种各样的bio-nanosensors允许接口与外部系统的各种生物,也有可能控制暴露在有机体人为创造的信号。计算信号的范围5伏,分子或磁珠,pH值,和流速度m / s,流m / s,血红蛋白的浓度 。这个微观的敏感性或毫微秒示波器可以估计(/√与信噪比等于Hz)。一个先进的一阶的敏感性biogradiometer等于3英尺/√赫兹。最小的可分解的磁矩变化检测到这个系统在乐队10赫兹是1 fJ / T。

1。介绍。基于纳米线的元素和设备

碳nanocoils(加工中心),是一种新型的有前途的纳米材料。这些吸引了相当大的关注,因为它们潜在的应用,例如,部分为纳米或微机电系统,电磁(EM)波吸收,增强复合材料,nanosolenoids和场致发射设备。此外,详细的分析了催化剂颗粒的微观结构是未来的研究非常有趣的学科。这些薄和高度结晶微加工中心将得到广泛应用新的纳米技术(1]。纳米级尺寸的加工中心吸引着很多由于其特殊的螺旋形态,向电场一致,形成一个小型数控的聚合链的偶极相互作用加工中心(2]。

自组装分子纳米线(NWs),四级开关实现多线的晶体管和展示其适用性multilogic设备的生产,研究了。电线是由一个单晶,允许良好的电子传输电阻率较低。场效应晶体管(fet)与单和doublewire渠道被捏造表明分子导线的潜在应用。适当的分子设计和控制界面的相互作用导致单一的水晶线与广泛的增长π堆积的主题。单一doublewire晶体管是捏造的,成功地用针探针应用栅电压(3]。与双顶后者门配置启用独立控制漏极电流通过电线和使调制四个不同的值通过将栅电压。单个分子导线的电阻率测量表明,电力传输的结构特点是有利的。

第一金属半导体场效应晶体管是捏造的自组装,目前平面西北通道(图1)。化合物半导体NWs,比如砷化镓,尤其可取的,因为他们更好的传输性能和多才多艺的垂直。NWs的自对准方向是由基质的晶体结构和某些生长参数。代替标准的通道与平面NWs之一,金属半导体场效应晶体管的没有缺陷西北的电子迁移率高达相应的大部分价值(4]。

对待NWs可以作为毒素或病原体探测器非常敏感。使西北探测器包括涂料分子绑定到特定目标分子,如病毒或蛋白质。当一个目标分子连接到涂料,西北的电导率变化。检测这种电信号会导致传感器,更小,更便宜,比使用当前诊断芯片更敏感,依赖于大型显微镜检测荧光分子连接到目标分子。困难已经找到一个简单的方法来集成NWs和电子产品。腐蚀三行浅矩形井在硅片使用电场可能更简单;每一个设计用来保存单个西北。电场第一行场效应的强度是设计不同的沿行和存款第一种DNA-coated NW的解决方案。NW阵列电极沉积,表明一个电气连接电线是可能的。

短的铂纳米线已经在亚微观的传感器和其他应用程序使用。的方法使长(cm) Pt NWs几纳米直径从电纺的描述5]。电线可以编织成的第一个自营网纯铂(图2)。通过这一过程称为电纺,铂金NWs足够长的时间来构建网络。

着单壁球长大的碳纳米管(纳米)是最具吸引力的材料方面的基础科学和技术由于其独特的性格。纳米管也承诺为构建纳米级电子器件和微电极6]。特别是,碳纳米管场效应晶体管(CNTFETs)是很有前途的候选人为高灵敏度label-free生物传感器由于其独特的几何表面体积比高。检测DNA或蛋白质等生物分子已成功使用CNTFETs执行。高性能local-electrolyte-gated CNTFETs,通道电导调制效应占主导地位的转换,是捏造。

的上平巷CNTFETs超薄高电介质沉淀高频振荡器₂在DNA-functionalized SWCNTs一直用原子层沉积(ALD)制作的技术(图3)[7]。DNA功能化和高性能nanotube-high场效应晶体管,免费gate-leakage电流与高频振荡器可靠地获得₂厚度2 - 3海里。装配式CNTFETs可以可靠地实现阈下的斜率在室温下mV /十年。

最近,有机薄膜场效应晶体管(TF-FET)调查未来的设备应用程序(8]。这种兴趣主要集中在设备的操作,利用碳纳米管作为他们的功能元素,一种新型的C₆₀针,或者nanowhisker(西北)最近获得的液-液界面降水(LLIP)(图4)。

的依赖性的如图5对各种条件。开/关比降低了从3疏散后2个数量级。

脂质双分子层膜已经纳入SiNW晶体管通过连续覆盖西北脂质双分子层壳之间形成一个屏障NW表面和溶液物种(9]。当这个“屏蔽线”结构包含跨膜肽毛孔,它使离子电子信号转导通过使用电压门控和化学封闭的离子传输通过膜孔(图6)。

双栅硅NW结构(DG-SiNW),电荷的位置和/或类型可以通过电场,调在西北研究[9]。DG-NW结构有一些有益的属性,例如,可能改变电荷的分布可以用来提高传感器的灵敏度,推动对功能化表面的电荷。此外,传感器的动态范围可以通过调优的敏感性增强以类似的方式。此外,DG结构也被提出作为一个速度调制晶体管,它可以作为一个基本构建块超高速数据处理的目的。

2。EM Bio-Nanosensor数组

新的纳米材料方法旨在修改表面有潜力提供新一代的生物传感器和bioelectronic为生物医学应用设备。他们预计在现有技术改进的性能。一体化的生物分子与碳纳米管等混合动力系统可以使用电化学生物传感器(DNA酶电极、免疫传感器或传感器)和活跃的场效应晶体管。方法使职能化SWCNTs的重金属离子的选择性检测场效应晶体管装置与信号转导机制报道(10]。

碳纳米管有一系列独特的属性,他们最关心的电子属性和它们的大小。这两个重要属性的组合已经广泛调查在过去的几年里在bioelectronic设备,如生物传感器。碳纳米管在生物电子学的应用导致了碳纳米管作为纳米电极的元素。他们插入生物分子,如生物分子相互作用的电子元件可以监测和生物分子可以连接平台。

真正的传感器检测的信号,称为噪声。噪音是大致分为两个categories-uncorrelated噪音和相关噪声。不相关的噪声是由传感器、感应热导体的波动(约翰逊噪声),或通过热附近材料的磁化率的波动在屏蔽部分的传感器。相关噪声出现在所有或大多数的传感器可以是由于环境扰动如移动车辆,电梯,和电线,也从近场生物扰动磁场等身体的心脏和肌肉或位移组织在当地磁场。甚至不必要的大脑信号(即。,signals from parts of the brain that are of no interest to a study) can be considered to be noise. We refer to this as “brain noise.’’ In addition, correlated noise can be caused by Johnson noise and magnetic susceptibility of nearby materials which are exposed to all flux transformers (e.g., dewar materials) [11]。

与主传感器计算传感器阵列进行通量变压器网站分布均匀的球形传感器外壳,从顶点最大角最大,如图7(a)径向磁力检测装置和梯度仪占领一个网站(数据7(b)和7(c)),有两个正交平面梯度仪在每个站点(图7(d)),有三个正交向量磁力计磁力计在每个站点。

2.1。NWs-Based双向转换的生物

在各种场效应晶体管器件,有绝大多数的代表,主要修改nanoFETs,允许同时处理许多的生物(BSs)直接或从传感器线圈(PC) (12]。有两个因素使同时处理成为可能。首先,nanoFETs的大小和nanoPCs BSs的顺序传送的物质,如轴突,神经元,DNA螺旋。其次,crossed-NW场效应晶体管阵列本身多输入。场效应晶体管的剩余部分设备适用于串行连接的媒介。此外,这些链中的场效应晶体管可以安排为了转导BSs到不同的物理和化学量,反之亦然(13]。

超导NWs不同寻常的更新显示零阻力,尽管阻力指数降低冷却。一个新类金属设备的基于DNA分子由于DNA的自组装性质是有前途的。随着电阻的设备是由超导相的空间配置文件中,有潜在的应用。这些包括当地磁力测定(如被广泛用传统的鱿鱼)的成像阶段概要文件由supercurrents-in精华超导相梯度仪。

创造性的集成芯片技术和纳米结构是可行的。通过调优dielectrophoretic频率在一个微型装置,纳米粒子可以作为细胞因为操纵具有相同精度之间存在一一对应给定的交流电频率和纳米颗粒相互作用或生物事件。可以同时对多个生物事件提供相应的频率是不同的。另外,功能化nanoposts可以用来刺穿电池奈米电子电路和继电器信息从细胞内部。报告显示,科学家们从问制造场效应晶体管的精确的电特性和带隙所需的任何变量。在CNT的平行研究,研究人员一直在努力提高单个纳米晶体管的电特性。

2.2。EM Signals-Biosusceptometer和Nano-Microscope测量的兴奋

biosusceptibility测量中的主要困难是不规则形状的调查对象,难以形式化,这种敏感性是不均匀的。测量后体内代表应该最大限度地穿透和灵活的跟踪对象的形式和微型高分辨率的能力。同时,outside-magnetized线圈之间的角度和一个内部代表应调整由于放大信号的某些特定地区。也提高灵敏度,放下体内领域,有必要使用层流的创建的亥姆霍兹线圈磁场(MFs)。

自领域和空间分辨率是高度减少样本和传感器之间的距离增加,该技术的关键是把传感器在低温下(在)尽可能接近的样品。已经表明,空间分辨率和实地敏感性的最佳组合为一个特定的鱿鱼几何发生在PC的直径约等于sample-to-sensor距离(14]。这些系统不提供必要的空间分辨率研究磁场活动的生成或在组织和细胞尺度损伤电流。在兴奋性组织,细胞外的潜力,跨膜电位或电流都是相互关联的行动。细胞外势通常使用微针阵列记录。然而,插入针头会影响测量结果和不切实际的达到亚毫米(纳米)特别决议。方法记录动作电流使用鱿鱼显微镜可以让我们获得更多详细信息的生成心脏病患者(MCG)。高分辨率生物磁效应(BM)成像提供了见解,将改善现有的生物组织的数学模型。

考虑到所有描述需求推进测量系统的配置。生活的一部分对象由quasiDC兴奋或交流磁场;亥姆霍兹线圈产生的,渗透的调查主题。的磁化检测到一个器官或组织的体内代表感应传感器(是),创建一个对应的输出电压。电脑可以处理任何方向的不规则形式由生化惰性杆或操纵者。的值定义的电路,(1 / m)和退出10 Hz频率,就等于。

为代表的典型参考线的半径为半径的值,前面的敏感性biogradiometer被定义为:。为代表的半径0.001 (m),一个先进的一阶的敏感性biogradiometer等于:3英尺/√赫兹。最小的可分解的磁矩变化检测到这个系统在乐队10赫兹是1 fJ / T。

新设计的扫描或测深nano-microscope结合一个简单的机械安排代表连接SuFET [15]。微波成像过程显示在原型样本:一个正常的进行自身电感环和阻力。的数量是激励线圈(EC) / PC (NWEC / PC)自身电感,然后呢代表了个人电脑的磁耦合互感到外部电路电流在一个组织。如果,然后可能会被忽略,。因此,通过监测的变化作为代表位置的函数,我们利用的因素组织获得微观动力学——或者nanowave筛查的形象。

这台仪器的灵敏度可以通过考虑到估计噪声源吗相应的SuFET。的数字值电脑的直径为0.1μm和电感1μH, 等于: 。这意味着一个SIM兴奋的信号(一个米),磁信噪比小于10赫兹将:。说值,描述NMSC就等于的信噪比通常我们的磁映像是在大约8像素/秒。

2.3。铁磁颗粒的密度测定的体积流量

磁导率的值μ血流量图8应该有所不同。这就是为什么这种变化将影响MF:测量部分的和力量。这意味着铁的密度的变化,或顺磁性粒子进入流可以确定当流的速度是恒定的。测量所有三个方向的血液速度提供了可视化的能力两个,甚至三向血流模式。它还承诺了一个非侵入性量化的机械能损失的血液流经连接。新的快速采集序列显示量化精度流(16]。

这种技术可以使用的例子解释hemoglobinum水平推进计数/测量设备的血流量(BF) [17]。这个水平是影响流的顺磁磁化率由于铁分子的密度变化。这种差异在环境MF由螺线管型的吸收电脑融入BF(图19)。由于输出电压hemoglobinum的绝对值都定义了内容和它的密度变化对最优值。

介质的磁导率被定义为(在这种情况下男朋友) 顺磁敏感性的古典价值获取 在哪里:玻尔兹曼常数;:绝对温度;:自发磁化的铁分子。

这给了我们定义的血液磁化率的可能性,根据以下公式: 在哪里(白平衡·米)的磁子波尔。

雇佣一些物质作为PC的核心是将定义一个有效的磁导率形成的物理身体。尽可能大的静脉和动脉考虑气缸,结果他们以下表达式是有效的: 在哪里是一个比一个圆柱体的直径的长度。

因此,个人电脑的核心公式是由大高炉船只可以写下来

这个公式的分析提供了证据,要求将满足条件下长时间,核心将永远是正确的。这就是为什么我们获得铁磁核心的形式一个男朋友,这让我们有机会在其基地创建一个从5修改。这些空间站的输入电压由方程和站的责任被称为定义测量量是线性与改变定义的电脑,床上的血(5)。

3所示。一个EM晶体管/记忆电阻(EMTM)设备及其连接成纳米线阵列

植入式神经探针通常倾向于最小排放量尽可能减少神经损伤和促进通过脑组织容易入口和运动。迄今为止,各种神经电极已经被用于基础神经学和神经假肢研究(脑机接口)从早期electrolyte-filled微量吸液管(18]。最近,聚合物微探针收到了极大的关注,但由于其制造工艺简单,灵活性和生物相容性。

另外,基于SuFET neurotransducer与碳纳米管(CNT)或传感器线圈(PC)的神经和神经脉冲的输入电路设计。与高温超导nanoSuFET通道是传入神经纤维或脑组织转导信号在两个方向13]。

更进一步说应该合成两种方法为了发展外部(nonimplantable) nano-bio-sensing数组。人类的电磁信号中提取附加有一个EM传感器和原始的电磁信号。电磁传感器表面电脑,用于常规配置,电脑彼此之间有一个小的距离定位在头盔类型表面接当地的信号在感兴趣的地方。

术语“脑磁图描记术(MEG)传感器阵列意味着EMTMs[的集合19]。拒绝环境噪声可以提高通过测量磁场的区别,而不是这个领域本身。这样的通量变压器被称为梯度仪(即。,the field difference approximates a component of the field gradient tensor) [3]。径向梯度仪检测到的径向梯度径向MF(径向对表面的头)。

20厘米²阵列板的大脑由40数以千计急救医护人员可印刷电子产品生产的过程。这些元素出发到正方形或长方形矩阵A和参加进一步的数学运算(20.]。控制(和交互)可以在电流和电压信号的形式创建MF或EF,分别。信号贡献对应于指定的均方根振幅的偶极子模型范围内和在指定位置添加到噪声协方差矩阵,并由此产生的协方差矩阵被用来计算山姆深度资料。

感应电磁信号的问题放大/转换/内存与光速在一个固态设备(EMTM)一直是先进的20.]。说的问题的先进的方法是解决应用铁电或铁EM(铁或有限元)晶体是由电场或磁场控制(EF或MF),分别。控制设备(放大、转换)的磁处理水晶铁磁材料的设计与应用程序之间有一个独特的时尚依赖其磁导率和曼氏金融的力量。还控制设备电场和磁场允许匹配前面的阶段。

获得方程的基础上,定义了非线性特征的被动元素EMTM电路,可以定义的输入输出依赖控制线圈(21]。一个矩阵方程MF需要某种形式的输出值,替换后的最终信号处理控制e . g . f .元素矩阵与内部阻力通过分析或数字方法来解决。

忆阻器是一种2-terminal薄膜电路元素,改变其电阻取决于电荷的总量,流经设备。这个属性出现自然系统的电子和半导体的掺杂剂运动方程耦合在一个外加电场的存在。我们的EMTM设备可以通过应用MF扩大这种能力。

第一个集成和操作的可行性示范纳米记忆电阻用单片芯片上的场效应晶体管提出了(22]。在这种情况下,记忆电阻器只是作为国开关(开关、开关关闭,打开时,分别)而不是动态非线性模拟装置来执行布线逻辑功能和信号路由的场效应晶体管。场效应晶体管是在从动件或逆变器/放大器模式来说明信号恢复或复合二进制逻辑函数的快速操作,“(a和B)或(C和D),“另外,写使用布尔代数表示作为广告CD,在逻辑和表示通过乘法或加法。这些练习的主要实验的前奏,是有条件的编程nanomemristor横梁数组内的混合电路。概念验证提供验证EMTMs相同的设备在一个纳米级电路可以作为配置逻辑,信号路由,电路和记忆,甚至可以重新配置本身。

图9显示在不同颜色NWs横梁从那些选择确定好和电导programmed-ON记忆电阻器的地图。灰度方块显示当前通过个人记忆电阻器的应用程序的测试电压500 - mv的偏见。

图10显示4 MF脉冲的时间依赖性的痕迹来作为复合逻辑运算的输入。电路的速度实际上是限制上的负载输出晶体管,已收取的寄生电容测量电缆。

为控制处理矩阵是一个主题BM字段根据小说方法(23]。一般混合架构方法命名FPNI(现场可编程NW互连),交易速度、密度、和defect-tolerance CMOL (CMOS /分子混合),以换取更容易制造、更低的功耗和更大的自由选择的nanodevices横梁连接已被提出。

图11比较了纳米线的几何,别针,和底层CMOS两种方法。CMOL(左列图11)假设的逆变器定期连接到引脚表面的硅。选择连接(在底部面板所示绿色)被配置为非线性电阻来实现有线或逻辑(与下拉在CMOS晶体管),与CMOS逆变器提供增益和反演。FPNI(右列的图11)假设的逻辑门,缓冲区,在互补金属氧化物半导体层和其他组件,并使用NWs只有互连。选择连接(绿色,下半部分)被配置为电阻互连底层逻辑。销的大小和对齐误差接近零,CMOL NW布局FPNI特殊情况的出现。

4所示。利用磁流体动力,还影响呼吸的体积和速度的测量

非接触式的被动测量物质的体积和组织是可能的,通过使用与螺线管型的和/或环形代表将接受流(17]。这些线圈(s)可以室温和超导连接常见或超导场效应晶体管。测量的量(气态的流的)旋转的MF环形代表和()周围的变化(自然)根据magnetohydrodynamical MF (MGD)效应的螺线管型的电脑。微流体传感器保证检测极低浓度的分析物在卷nanolitre规模。

4.1。非接触式Bioflowmeter气体或易碎的物质

说考虑考虑,有必要制定非接触式被动流量计的基本原理(FMs)。它是基于创建的影响旋涡的MF电离粒子的物质。这个MF并可测量电压的torus-like代表的。

有各种各样的传感器/传感器包括两个被动曼氏金融的高灵敏度:和鱿鱼设备。非接触式的被动测量说物质和组织是可能的,通过使用感应传感器与螺线管型的和/或环形代表将接受流(17]。这些线圈(s)可以室温和超导常见或SuFET连接。测量的量(气态的流的)旋转的MF环形PC(图12)和()周围的变化(自然)根据magnetohydrodynamical MF (MGD)效应的螺线管型的电脑(图6)。

测量MF干扰周围的一个。测量了曼氏金融力量的变化(图1的流12)或流(图8)是减法(图的结果13): 对应线性的差异各自的传感器的输出电压。

的方法测量液体和气体的体积流量或脆性物质仅通过定义他们的交互与周围自然MF。第一个设备基于这个方法是一个被动和非接触式调频的气体或易碎的物质包括电阻或超导torus-like PC的是哪个PC-placed射流。由于这种安排,传感器是大大简化。以来,缺乏高EM feld引入测量介质。没有机械与流动物质增加设备的可靠性和寿命。另一方面,他们完全保留流组件的特点和组成。因此,自发的曼氏金融的就业造成能源消耗的减少发生。

由于这种安排,测量设备设置没有失败的船只和中断功能。没有测量装置或任何移动的成员将大大提高服务由于隔离的安全系数来自潜在可燃物质。也给了我们机会避免任何影响测量物质,包括改变其化学或物理组成的危险。

4.2。Bioflowmeter呼吸气体的

根据充气造影的持续时间和频率呼吸根据定义的变化速度/空气/气体的体积流量。

气体电离的主要机制之一是与固体表面的相互作用,也就是说,表面电离。这样的互动引起electrogaseodynamical流(图13): 在哪里:一个电荷的密度;:气体流的无量纲速度;:electrogaseodynamical喷气的半径。

在这种情况下的曼氏金融力量的距离从流的边缘 由于我们有一个方程: 摇摆不定的会呼吸的速度和频率。

这个流吸收torus-like电脑的。需要注意,一个获得值的曼氏金融力量将生成外管只有当它是顺磁性材料做的。对于diamagnetical,尤其是ferromagnetical金属或合金,一些剩余价值的测量。

4.3。体积描记法诊断

体积描记法的方法注册的身体体积的变化或其部分。是一种特殊的身体体积描记法已申请调查外部呼吸的体积速度和血流量(BF)。

第一个方法实现了在前面的段落1和2。第二个是液体的FM和有机组织(血液)或反铁磁颗粒的介质,它由相同的不过是solenoidal-shape PC(图14)。

由于低雷诺数,层流通常假定。然而,通过设计或无意中,小通道的流动特性是经常改变(例如,通过表面相互作用,粘性和扩散的影响,或电势)。因此,它的预测并不总是直截了当。目前,大多数流测量依靠光学检测的标记,需要注入示踪剂和透明的设备(24]。

基于使用纳米管(问)传感器将避免问题与当前有关,和更大的植入式传感器,从而导致炎症。该设备可经皮肤用药。问化学传感器对液体可用于血液分析。碳纳米管也可以作为流量传感器,当液体的流动或包诱发电压的方向流动。流传感器也可以用来精确测量气体的利用呼吸设备在手术和医疗费用(自动计算25)(图15)。

移动两个不导电的液体墙这个运动的方向,感应是曼氏金融出现的部分(18), 在哪里:环境感应曼氏金融的价值,这是垂直于流;:一个特征长度;:一个流的中心,——间隔墙;:磁雷诺数;和 在哪里σ:电导率;:密度;运动粘度。

一个方程写 在哪里:一个特征速度,比得上一个实际的速度;——曼氏金融扩散的因素。

可以计数/变更登记的数量总和的势头,相对于、价值观的(MF强度)没有与他们联系: 定义流的相反的方向在哪里和(图16)。

是体积的运动性能的这些液态物质和组织制定的测量环境曼氏金融力量的变化将导致把它连同移动介质的力量跨越。此外,gradiometrical配置连接的电脑可以定义流的方向(或)和脉动的动态特性(或)。

5。-NWPCs BEM和机械传感器阵列

BM传感阵列由主传感器和可选地,参考传感器。主要传感器使用通量变压器位于靠近头皮表面,他们夫妇大脑的MF。参考传感器用于减去环境噪声从主传感器输出。一些变体在主磁通变压器设计中,常用于多通道BM系统,如图所示17(11]。通量变压器设计规定附近和远处的相对灵敏度。因此,主磁通变压器可以,除了检测大脑信号,还提供了不同程度的环境噪声被拒绝。通量变压器所示数据17(一)-17磁力计(c)。这些设备灵敏度最高近和远场源。因此,他们不会减少环境噪声(和必须完全依赖引用或其他降噪技术)。

中所示的示例数据17(d) -17(f)一阶硬件梯度仪(微分磁力计)。这些提供敏感性降低到远处的环境噪声,同时保留好敏感信号产生的大脑。硬件梯度仪可能还需要补充降噪。

这样一个可以旋转的磁强计如图17(b),检测一个切向分量相对于头皮。然后被称为切向磁强计。注意,切向磁强计的平均距离中心从头皮表面一定比径向磁力仪。三个磁力计,彼此正交,可以组合在一起形成一个向量磁强计,如图17(c)。

拒绝环境噪声(即。,从distant sources) can be improved by measuring an MF difference, rather than the field itself. Such flux transformers are referred to as gradiometers (i.e., the field difference approximates a component of the field gradient tensor). A first-order radial gradiometer, Figure17(d),包括两个轴向取代磁强计循环,伤口在反对从常见的西北,是连接到SuFET设备。两个环之间的距离被称为梯度仪基线。径向梯度仪检测到的径向梯度径向MF(径向对表面的头)。

完整的通量变压器优化还应该考虑代表直径。因为这些直径小于线圈距离大脑,大脑信号之间的差异检测到的点或有限的线圈直径很小(百分之几)。

梯度仪也可以配置为检测径向渐变的切向磁场,如图17(e),两个正交切线径向梯度仪”和一个“径向梯度仪”结合在一起,形成一个一阶梯度仪相当于向量磁强计。两个径向磁力计相反极性可以连接在一起,形成平面梯度仪图17(f) (21]。这样的设备检测径向的切向梯度场,和两个梯度仪通常被用在每个站点上发现两个正交平面梯度。

一般而言,上述各种阶梯度仪测量第一次梯度张量的一个组成部分(有9个组件,其中5个是线性无关的)。此外,通过连接组合梯度仪的反对派(硬件或软件),可以创建高阶梯度仪。

线绕梯度仪是最传统的三个。线绕梯度仪的代表是伤口在反对党和平衡这样一个统一的领域可以链接零净通量。线绕梯度仪基本上是由西北。这些类型的梯度仪很容易制作和对BM商用系统。因此,一种新型的基于低,线绕梯度仪鱿鱼具有高信噪比以及引入了一个宽动态范围(26]。其属性的信号强度和消声比率(NRR),与传统的线绕梯度仪相比,进行了讨论。

5.1。SIM的纳米线电脑轴向MF转导

这是一个试图概括当前的知识被动的磁场传感器,将元素的设计是为了找到一种方法来提高他们的性能数据。理论上,通过创建一个传感器相结合,超导感应磁强计(SIM)已经取得了27]。超导场效应晶体管(SuFET)纳入一个宽带BM场传感器设备以获得最终的敏感性。提出了磁强计电路由两个室温或冷却(超导)代表和SuFET。因此,我们实现一个磁力仪使用一个房间温度传感(负责人皮卡)nanocoil,有一起的可能性进一步冷却基于SuFET前置放大器,具有超导输入。

限制条件(接近但少)和可取的这就是为什么需要适应这些需求乘以代表的变化造成的。是可行的解决这个问题通过连接SuFET设备平行的代表。代表数量应根据计算的最大预期SIM的特定应用程序:

的-NWPCs代表的数量应该显示转换变化:添加额外的线圈和拒绝一个当在哪里(图18)。

开关输出点可以定义分析什么时候是合法的(27]: 或实验在高频电压组件通道出现。

最后,在multi-NWPCs模式被定义为传递函数 输出电压与一个额外的组件这将出现drain-to-source电阻器,我们可以写吗

采用相同的考虑我们可以获得传递函数的第二个SIM操作模式: 的主要优势代表SIM对现有的BM传感器(1)因为他们的外形尺寸由冷却容量不受限制,有机会利用代表不同维度,从而降低功耗和制冷装置的质量;(2)代表的尺寸减少,他们不是由低温屏蔽包装。这个没有屏蔽使更好的分辨率和渗透在测量;(3)代表不受到低温的温度和延长一个大的距离电子电路在不同工作液;(4)代表之间的交互和制冷系统避免了完全分离。冷却液的温度变化不影响传感器线圈和磁强计的电磁兼容性改进;(5)它的功能在两个不同的方式取决于SuFET的比例代表电流临界电流;(6)它的功能在两个不同的方式取决于线圈的纳米线温度比临界温度,电流,和导线的磁场;(7)可以混合的表示模式在操作过程中根据要求测量过程;(8)可以把代表和SuFET-based电路为了匹配更好地与周边MF磁强计,或测量过程。

5.2。本NMSC用人代表数组

基于小型铌直流鱿鱼磁强计高灵敏度曼氏金融应用程序了。超导线圈传感线圈由一个集成的广场有3毫米的长度,涉及设备面积小得多的关于标准的鱿鱼磁力计可比MF敏感性;所以它允许增加空间分辨率保持MF灵敏度不变的(28]。此外,一个小电脑最小化其天线增益,降低射频干扰。在K,传感器显示平滑和共振免费的特点和一种内在的MF白噪声谱密度低至5.8以锁通量回路配置。由于其密实度和良好的特征参数,这些传感器适用于大型多通道系统中使用本成像。

涡流检测的检测系统(ECT)利用普通PC冷却基于高- K和picovoltmeter鱿鱼了(29日]。在此系统中,PC坐落在一个无防御的环境中,而通过线圈的电压检测与乌贼picovoltmeter放置在一个小的磁屏蔽。结果表明,线圈可以移动的无屏蔽的环境不退化性能(图19)。通过移动线圈,我们成功地检测到一个小裂纹表面的铜盘背面无防御的环境。

BM扫描的新设计或测深nano-microscope (NMSc)结合了一个简单的机械装置和一个微型西北激动人心/ PC (EC / PC)的SIM卡(15]。微波成像过程(图20.)显示在一个样品:一个正常的进行自身电感环和阻力。的数量电脑自身电感和吗代表了PC的磁耦合互感米到外部电路电流在材料或组织。如果,然后可能会被忽略,。

一个有趣的结构,螺旋碳纳米管(碳纳米管),或nanocoils EC / PC(图21(a))。Nanocoils提供独特的电子性质,碳纳米管没有。碳纳米管的塑性将在纳米尺度与其使用相关设备(30.]。

对于非零流失电压,SuFET吸收低频率功率的平均Josphson电流和重发射功率以极高的频率。晶体管功能的可行性yarn-like结构已经证明(图21(b))31日]。结果,减少SuFET通道的电流被定义为涡流损失的价值组织:

因此,通过监测的变化作为电脑位置的函数,我们利用的因素组织获得微观动力学——或者nanowave筛查的形象。

一维纳米线场效应晶体管注定要发挥重要作用,其潜在的应用在各个领域(32]。在这些材料中,氧化锌纳米线已经深入调查,因为他们的简单的合成过程和晶体质量高。最近,灵活和透明基质半导体行业获得了越来越多的关注,由于其重量轻,他们提供的设施制造电子设备。

因此智能纺织品的机械稳定性是足够的植入平面结构(图22)。因为发达系统允许微型和纳米的空间温度和组织样本,这样的测试将临床诊断的实际应用。

为了实现高空间分辨率,我们NMSC使用小环境温度代表直接作为磁传感器(s),而不是一个鱿鱼的皮卡循环耦合SuFET冷却。测深和扫描更接近组织提高空间分辨率,由于完全渗透到测量过程。除了SuFET本身,没有其他微波组件,来源或探测器。这是在非常高的频率特别有利,很难构建组件。总之,我们注意的能力检测非磁性导电材料的小区域,给出了磁通NMSC广泛在材料分析能力。

传统的梯度仪,如线绕、薄膜或电子梯度仪、轴向或平面,即“一维”检测MF在一个方向上的梯度。这些一维梯度仪有效降低环境MF随着他们的订单增加。然而,他们也降低了本信号。“二维”梯度仪检测MF在两个正交方向上的梯度来实现高信噪比(26]。它聚焦于一个二维梯度仪检测axial-second-order和planar-first-order MF的梯度。图23显示了二维梯度仪EC / PC。

NMSC适合描述调查的结构合成和有机物体,和他们的比较分析(见表1)。表的字符串后,调查生物表面表现NMSC模数据曲面积分。也是申请的调查卷和分别为二重和三重积分。

随着空间分辨率达到原子尺度的进步,二维(2 d)和3 d成像在电子显微镜已成为必不可少的方法在各领域的研究。4 d成像,原位时空分辨率,在超快电子显微镜(UEM)据报道[33]。能够捕捉selected-area-image动力学与像素的分辨率和控制脉冲之间的时间间隔时间冷却的标本成为可能由NMSC短暂的结构和形态的研究。

与高温超导nanoSuFET通道引入组织或材料转导信号在两个方向。微波成像过程是基于纳米线或问EC /电脑。的方程计算线圈的RLC值超高频。这个nano-microscope可以估计的敏感性(一个米/√与信噪比等于Hz)。一个先进的敏感性一阶biogradiometer等于。最小的磁矩变化检测到这个系统在乐队10赫兹fJ / T。

5.3。Biotransducer的声流

Pulmonography是当地的声学方法调查登记的肺的变化在不同的地方的胸壁(图24)。

为了实现语音信号的声学分析,方法检测的位置在一个坐标系的舌头用小舌头表面的磁力棒和传感器单元开发,将附近的下颌骨或脸颊。为了确定的坐标位置磁杆,两个传感器是必要的(34]。

的另一个例子使用磁传感方法的测量下颌骨和其他器官的交流采用发射和接收线圈对曼氏金融(35)提供。计算机在线测量方法提出了关节的活动。小接收器连接到发音器官,记录他们的运动通过电电压引起的外部非均匀电磁领域。的信号,运动的电子等价物相对坐标系统,是进行计算机自动分析。实验被执行,结果显示一些话语,展示系统的能力。此外,作为一个例子的自动性能,lip-opening数据推导出。

一个EM非接触式励磁原理提出了诱导机械振动在小型导电共振结构作为被动传感器。外部线圈排列生成一个时变MF导致涡流结构表面。涡流和MF导致部队之间的交互,可以设置结构振动。谐振器结构原理避免任何接触注入电流和只需要导电结构,不需要特定的磁性。发展的原则是有吸引力的被动传感器操作环境有限的可访问性或不兼容活跃的电子产品(36]。

实现我们的创新是提出的利用周围的自然MF认为直流或静止37]。使用电脑来创建和/或接收的MF是由超导材料。结果,硬磁铁的electrodynamical换能器被自然MF和迈斯纳效应取代这MF超导体从任何电脑或连续的部分,因为任何改变环境MF旋转的超导体中产生电流,补偿这些变化,根据楞次定律。

该方法的一些优点驻留在减少设备的质量和能量消耗在被动模式下运作。它是超导膜振荡到环境MF。在这种安排,声学信号的转换成电子的敏感性上升。因为,虚拟没有噪音的超导元素。

电声设备提供了转换膜的电流振荡我在反向声学波(图25)。在这个转换电脑的一个值被定义为 在哪里是总数量的电磁阀。

导体的电流我在曼氏金融,力的影响: 这个力比一架飞机的表面膜年代给出了膜上的声学波的压力,或者反过来说,膜的声学压力的值: 考虑到标准阈值声压的绝对值定义为声压

第二代的先进机制迈斯纳效应的声振荡使用,由闭合接点实现超导的PC(图(25日)),在旋转的气流的上升在平面上的超导膜(图25 (b))。

图26介绍了依赖从在地球MF值参数:,,。提供一个信号到膜及其捡由SuFET执行。一个振幅之间的线性关系膜和代表检查的价值我等于临界电流一个超导体。达到这个水平后,电流,也分别转换能力,显著减少由于(高-)超导体的电阻状态。

6。结果。代表的设计变量

小说的各种应用超导、有机和代表允许我们问场效应晶体管设计传感器的BSs(电子、神经、DNA等)。他们转导BSs成不同的量,包括电压,化学和生物分子的密度。另一方面,BSs说可以控制的应用电子信号,或生物和化学介质。

描述基于SuFET传感器/传感器(SuFETTrs)设计的基础上,有机和纳米SuFETs适合描述各种各样的BS动力学参数(见表2)。表说明了一个串行连接的外部代表可以让我们获得一些集成信号。整个传感或电子控制或神经冲动(NI)传播沿神经纤维轴突的数量,数量的离子通过代表和广义b通过一个或两个螺旋的DNA。当SuFET通道(s)植入组织或流程,我们可以获得更精确的数据对NIs的频率分布,体积电离分子的分布和检测单个核苷酸的活动。

初步计算确认的可能性扩大SuFETTr的行动从BSs (MF的生化介质13]。这些BSs的主要参数可以获得通过的安排SuFETTr (s)整个测量系统。双定向SuFETTr使解码功能的b通过比较其行动过程的结果或器官,通过使用模拟电或生化信号反向转换后通过SuFETTr(年代)。此外,这个解码信号将提供一个基础创建反馈和前馈回路测量系统的更多precize和完成影响生化过程。

描述biosusceptometer或nano-microscope设计基础上,EMTMs适合调查有机的结构对象和比较分析(见表3)。表的字符串说明,调查生物表面表现根据biosusceptometer的曲面积分和nano-microscope模量,分别。表面梯度被找到了各自的值之间的差异或。相同的生物应用于调查卷和分别为二重和三重积分。接下来的两个字符串解释上的界限可能蔓延的表示方法。

开发并行输入SuFETTr允许BSs的时空动力学测定神经纤维和神经元的突触,也输出信号的放大乘以分子的浓度根据输入BSs的数量。植入后的平行SuFET (s),这种动态的平均或求和整个神经网络,神经纤维或神经突触(s)是可能的。

7所示。结论

发明了nano-bio-transducer具有以下基本在现有的改进:(一)输出电压允许的符号的确定的方向输入bioflow通过单一SuFET设备;(b)关于外参比电极生物使精确测量成为可能;(c)能够调节神经元的轴突,比例,或流被调查没有一整个截面的纤维或流,或其中的任何部分实现;(d)可能替代SuFET设备或调整其评级遵守的条件反复测量过程不破坏神经纤维或流容器实现;(e)分别在两个方向传感器可以创建转换在被动和主动模式;(f)生物相容性和组织等效钻石和蛋白质(有机)场效应晶体管让他们自然地适合植入;(g)可能组成一个融合装置通过改变乐器,biosusceptometer电流传感器,从nano-microscope流量计,所以由切换SuFET(修改)的工作模式或转移的自然环境条件应用激动人心的MF实现。

综述了各种各样的场效应晶体管显示了不同程度的准备他们利用SuFETTr BSs。最适合这样的应用程序是普通固态SuFET修改和小说SuFETs问。有机SuFETs不充分发达,但这工作正在开展的方向。同时,代表,这是必要的外部传感器对转导性介质(固态导体、神经纤维、离子的流动,和DNA螺旋),和相应的低电阻线连接痕迹代表场效应晶体管的通道足够发达,即使是在纳米尺寸。

初步计算确认的可能性扩大SuFETTr的行动从磁场BSs的生化介质。这种BSs的主要参数可以获得通过的安排SuFETTr (s)整个测量系统。SuFETTr函数的两个方向使解码的BS通过比较其行动过程的结果或器官有一个动作的模拟电或生化信号反向转换后通过SuFETTr(年代)。此外,这个解码信号将提供一个基础创建反馈和前馈回路更精确的测量系统和完整的影响生化过程。

紧凑的表演完全集成鱿鱼磁力计,最近的发展,研究了针对BM成像的大型多通道系统的就业。性能研究一直是计算的磁响应电流偶极子是最基本的方法用于BM [29日]。

在乌贼磁力计用来测量生物磁效应字段,电脑通常安排在gradiometric配置降低环境噪声曼氏金融。超导导线直接反馈梯度仪不需要两个人电脑。反馈线圈可以与正常导电线和一个轴向梯度仪没有任何超导薄膜制成的联系人(30.]。在临床应用中,重要的是要测量的信号同时从几个点。

BM敏感和无创测量被用来检测心肌的BM信号或神经。代表伤口的线绕梯度仪在反对党和平衡这样一个统一的领域可以链接零净通量。薄膜梯度仪比其他人的gradiometric平衡。一个二维梯度仪来检测MF在两个正交方向上的梯度测量生物磁效应信号在无屏蔽的环境中。发达梯度仪是基于低收入鱿鱼和线绕PC,检测axial-second-order和planar-first-order梯度MF (31日]。

大量的主动和被动电子元件都是用于纳米线。另一方面,任何特定的元素是敏感的一些特定的物理量的影响。相关的传感装置,获得该基地如表所示4。因此,广泛的nano-bio-sensors允许测量电离生物的种类和接口bioEM信号进一步的电子系统阶段。

设计的传感器阵列排列在空间和时间的调查biostructures不同水平的精度。在表5点的几何尺寸,体积范围转换为数学术语。这信件建立通过组合传感器从表4到各种gradiometry方案,从一个简单的平面二维向量封闭。

仪表技术和材料技术的进步使得更准确的介绍呼吸诊断方法和传感器的执行。在这个层次上的进步,传感器捡最高灵敏度和简单的功能以最小的物理变量的变化。宽频率范围的环境MFs出现在任何点的人使他们适合使用body-sounding。

最近的突破造成超导和纳米技术建立空间站,有更好的信息能力在某些诊断的目的。这些设备都是基于电磁感应的普遍规律,另一方面不同的特效与曼氏金融媒介。

部分描述转换原则和各自的传感器是无创。这就是为什么呼吸诊断特征可以执行任意的组合,在复杂的(即。,同时对必要的身体部位,反复观察期间)。这样一个更完整的调查将已知的方法范围内完成呼吸诊断和新的机会。

自提出各种bio-nano-sensors是被动的,他们不会影响器官的功能和他们的相互作用。安全的获得诊断设施适用于临床和家庭护理的情况。

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