复合生物传感器为电子垃圾检测带来绿色革命

2020-02-26
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摘要 科学家们预计,将生物复合材料纳入电子器件的设计中,可以大大节约成本,因为其独特的材料特性为新型电子器件打开大门,并因其可生物降解性而在植入式电子设备中找到应用。

  当前,研究人员正在研究如何用环保的、可生物降解的材料制造电子元件,以帮助解决日益严重的公共健康和环境问题:全球每年都会产生大约5000万吨电子垃圾。

  

  据悉,我们生产的电子垃圾只有不到20%被正式回收,其余的大部分最终被填埋,污染土壤和地下水;或者被非正式回收,使工人接触到汞、铅和镉等有害物质。不当的电子废物管理也会导致黄金、铂和钴等稀有和有价值的原材料大量流失,根据联合国的一份报告,每吨电子垃圾中的黄金含量是每吨金矿的100倍。

  虽然天然生物材料具有灵活性、廉价性和生物相容性,但它们的导电性不是很好。中国深圳大学的叶舟和他的同事在《先进材料科学与技术》杂志上解释说,研究人员正在探索与其他材料的结合,以形成可行的复合生物传感器,为电子垃圾的检测流程提供更绿色的可行流程。

  科学家们预计,将生物复合材料纳入电子器件的设计中,可以大大节约成本,因为其独特的材料特性为新型电子器件打开大门,并因其可生物降解性而在植入式电子设备中找到应用。

  先前,人们对发展有机场效应晶体管(FET)已有着广泛的兴趣,例如,它利用电场来控制电流的流动,可用于传感器和柔性平板显示器。同时,用生物复合物制造的闪存设备和生物传感器组件也正在研究中。例如,一个FET生物传感器包含一个钙调蛋白修饰的纳米线晶体管,钙调素是一种能与不同分子结合的酸性蛋白质,可用于检测钙离子。

  研究人员特别热衷于寻找在电阻式随机存取存储器(RRAM)设备中工作良好的生物复合材料。这些设备具有非易失性存储器:即使在电源开关关闭后,它们也可以继续存储数据,生物复合材料用于夹在两个导电层之间的绝缘层。研究人员已经尝试将不同类型的纳米颗粒和量子点分散在天然材料中,如丝、明胶和壳聚糖,以改善电子转移,用十六烷基三甲基铵处理的DNA包埋银纳米粒子制备的RRAM也显示出优异的性能。

  研究人员总结说:“我们相信,随着材料科学的发展以及器件制造和优化技术的进步,用这些迷人的材料制成的功能性器件将在不久的将来成为商业应用的有希望的候选者。”

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