Ultrasensitive nanostructure sensor arrays on flexible substrates for multiplexed and simultaneous electrochemical detection of a panel of cardiac biomarkers

We report large-scale and multiplexed tactile sensors with submillimeter-scale shear sensation and autonomous and real-time closed-loop grip adjustment. We leveraged dual-gate piezoelectric zinc oxide (ZnO) thin-film transistors (TFTs) fabricated on flexible substrates to record normal and shear forces with high sensitivity over a broad range of forces. An individual ZnO TFT can intrinsically sense, amplify, and multiplex force signals, allowing ease of scalability for multiplexing from hundreds of elements with 100-μm spatial and sub–10-ms temporal resolutions. Notably, exclusive feedback from the tactile sensor array enabled rapid adjustment of grip force to slip, enabling the direct autonomous robotic tactile perception with a single modality. For biomedical and implantable device applications, pulse sensing and underwater flow detection were demonstrated. This robust technology, with its reproducible and reliable performance, can be immediately translated for use in industrial and surgical robotics, neuroprosthetics, implantables, and beyond.

Download Full-text

n-Electrode three-dimensional liquid chromatography with electrochemical detection for determination of neurotransmitters.

Clinical Chemistry ◽

10.1093/clinchem/30.9.1477 ◽

1984 ◽

Vol 30 (9) ◽

pp. 1477-1488 ◽

Cited By ~ 134

Author(s):

W R Matson ◽

P Langlais ◽

L Volicer ◽

P H Gamache ◽

E Bird ◽

...

Keyword(s):

Liquid Chromatography ◽

Electrochemical Detection ◽

Three Dimensional ◽

Sensor Arrays ◽

Electrode Array ◽

Direct Analysis ◽

Half Wave ◽

Current Voltage ◽

In Series

Abstract Coulometric electrodes in series have been used with liquid chromatography with electrochemical detection to increase selectivity and resolution for the direct analysis of tissue neurotransmitters. Use of three coulometric sensors for electrochemical modification, selectivity, and peak identification has been expanded into "gate" cells of three or four coulometric electrodes that allow elimination of all electrochemically irreversible substances, and "array" cells of up to 15 coulometric electrodes for separation of co-eluting compounds by their current/voltage characteristics. On-column sensitivity of the sensor arrays is 0.4 to 4 pg. Gate cell selectivity favors electrochemically reversible compounds over irreversible ones, e.g., 3-methoxy-4-hydroxyphenylglycol vs ascorbate, by a factor of up to 10(4). Resolution across the multi-electrode array cells allows separation of co-eluting compounds with half-wave potentials differing by as little as 30 to 40 mV. Cells with three to 15 electrodes have been used to measure monoamines and metabolites in brain; monoamines directly in serum filtrate; and the state of oxidation of 5-hydroxytryptamine and 5-hydroxytryptophan in cerebrospinal fluid of patients with Alzheimer's disease.

Download Full-text

Nanoparticle sensor arrays on flexible substrates

10.12681/eadd/49340 ◽

2021 ◽

Author(s):

Ευάγγελος Ασλανίδης

Keyword(s):

Monte Carlo ◽

Sensor Arrays ◽

Flexible Substrates ◽

Layer Deposition

Το κύριο αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη και μελέτη λειτουργίας εύκαμπτων αισθητήρων παραμόρφωσης με βάση μεταλλικά νανοσωματίδια πλατίνας. Επιπλέον, παρουσιάζεται πώς αναπτύχθηκαν λεπτά φιλμ από Al2O3 (αλουμίνα) από την τεχνική εναπόθεσης ατομικής στρώσης (Atonic Layer Deposition ALD) για την προστασία των αισθητήρων από την υγρασία. Πραγματοποιήθηκε μελέτη σχετικά με τα χαρακτηριστικά των αισθητήρων παραμόρφωσης πριν και μετά την απόθεση της αλουμίνας. Επιπρόσθετα, η ήδη υπάρχουσα θεωρία που περιγράφει τη συμπεριφορά των αισθητήρων παραμόρφωσης βασισμένων σε νανοσωματίδια, εμπλουτίστηκε προκειμένου να συμπεριλάβει και τα νανοσωματίδια που φτιάχνονται με ιοντοβολή. Καθ 'όλη τη διάρκεια της μελέτης, προσδιορίστηκε με επιτυχία το κρίσιμο πάχος του φιλμ αλουμίνας για την απομόνωση και την επαρκή προστασία των νανοσωματιδίων από την υγρασία. Εκτός από αυτό, αναπτύχθηκε μία προσομοίωση Monte Carlo, που γράφτηκε στο Matlab, για να προβλέψει τις ευαισθησίες διαφόρων φιλμ νανοσωματιδίων υπό παραμόρφωση. Η προσομοίωση είναι ικανή να προβλέψει την ευαισθησία στην παραμόρφωση για διαφορετικές διαμέτρους (μεγέθη) νανοσωματιδίων καθώς και για διαφορετικές επιφανειακές καλύψεις, και αναδύεται ως ένα ισχυρό υπολογιστικό εργαλείο για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση συσκευών με βάση νανοσωματίδια. Η προσομοίωση θα μπορούσε να επεκταθεί και σε άλλα νανοσύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με εύκαμπτα ή ελαστικά ηλεκτρονικά. Επιπλέον, παρουσιάζονται κάποιοι εξαιρετικά ευαίσθητοι εύκαμπτοι αισθητήρες παραμόρφωσης που σχηματίστηκαν από ένα δίκτυο μεταλλικών νανοσωματιδίων πάνω από ένα ραγισμένο λεπτό φιλμ αλουμίνας. Η ευαισθησία των αισθητήρων εξαρτάται από την πυκνότητα της επιφάνειας των νανοσωματιδίων καθώς και από το πάχος της αλουμίνας. Και οι δύο παράμετροι μπορούν να ελεγχθούν πολύ καλά μέσω των τεχνικών εναπόθεσης. Οι αισθητήρες έδειξαν την μεγαλύτερη ευαισθησία που είχε δημοσιευθεί, έως την ημέρα τις συγγραφής, της τάξης των 2,6 x Ε8. Αυτή η τιμή επιτεύχθηκε από τους αισθητήρες για παραμορφώσεις έως 7,2%, ενώ παράλληλα εμφάνισαν υψηλή ευαισθησία σε μεγάλο εύρος παραμορφώσεων από 0,1% έως 7,2%. Η ανάλυση ακολουθείται και από μια συζήτηση που φωτίζει τη φυσική κατανόηση της λειτουργίας του αισθητήρα, η οποία επιτρέπει τον συντονισμό της απόδοσής του σύμφωνα με τις παραπάνω παραμέτρους. Τέλος, αναπτύχθηκε μια διάταξη από αισθητήρες παραμόρφωσης πάνω σε ένα γάντι που μετρήθηκαν από ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα. Οι μετρήσεις του κυκλώματος συγκρίθηκαν με μετρήσεις από ένα Keithley 2400 και βρέθηκαν να είναι πολύ ακριβείς στο εύρος λειτουργίας του κυκλώματος.

Download Full-text