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미국 매사추세츠 애머스트 대학의 연구진은 가장 얇고 가장 민감한 유량 센서를 개발했으며, 이는 의료 연구 및 응용 분야에 상당한 영향을 미칠 수 있음.

이 발견은 신진대사 과정, 망막 출혈학 및 신경 과학에서 아직 연구되지 않은 초저유량 생활 현상을 조사하기 위한 전자식 생체 내 유동 모니터링에 대한 미래의 연구를 위한 길을 열었음.

유량계라고도 하는 유량 센서는 액체 또는 기체 흐름의 속도를 측정하는 데 사용되는 장치임. 생체 유체 흐름의 속도는 중요한 생리 학적 매개 변수이지만 기존 흐름 센서는 부피가 크거나 정밀도와 안정성이 부족함.

연구진이 개발한 새로운 유량 센서는 벌집 격자에 배열된 탄소 원자의 단일층인 그래핀을 기반으로 하여 연속적인 수성 흐름에서 전하를 끌어냄. 이 현상은 자체 전원이 공급되는 효과적인 흐름 감지 전략을 제공하고 다른 전기적 접근 방식보다 수백 배 더 높은 핵심 성능 지표를 제공함.

그래핀 유량 센서는 초당 마이크로 미터, 즉 시간당 4mm 미만의 낮은 유량을 감지할 수 있으며 모세 혈관의 혈류 변화를 최소화할 수있는 잠재력을 보유하고 있음. 그래핀 유량 센서의 성능은 반년이 넘는 기간 동안 안정적이었음.

연구진은 개발된 장치가 자가 동력 및 고성능 최초의 장치이며 장기적인 생체 유체 흐름 모니터링을 위해 이식될 가능성이 있다고 말하며, 가장 간단한 응용은 의료 분야일 수 있다고 함.

연구진이 개발한 것과 같은 마이크로 플로우 모니터를 작은 혈관에 이식하는 것은 저유량 측정에 적합하지 않고 더 큰 혈관에 설치해야 하는 기존 유량계보다 훨씬 간단하고 안전함. 연구진은 과학자와 의사가 혈액의 흐름을 제어하는 ​​뉴런의 기능을 이해하기 위해 뇌 심부 혈관의 혈류 속도를 모니터링하는 것과 같은 연구 및 임상 응용 분야에 유용할 수 있다고 설명함.

그래핀은 센서 개발의 핵심 재료이며, 초고감도, 초저전기노이즈, 수용액과의 최소 접촉 전기화, 화학적 및 기계적 거동의 뛰어난 안정성, 생체 오염에 대한 내성과 같은 그래핀의 고유한 특성의 조합은 함께 작동하여 센서의 고성능을 유도함.

연구진은 향후 유량 센서를 자립형 유량 모니터링 장치에 통합하고 의료 분야에서 장치의 적용을 탐색하고자 함.

본 연구 성과는 Nature Communications ("Flow-sensory contact electrification of graphene")에 게재됨.