化學傳感器能夠收集與液體化學成分相關(guān)的信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，其在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健診斷和工業(yè)過程控制中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在化學傳感器中，離子敏感場效應晶體管（ISFETs）因其出色的靈敏度與高度可擴展的設計相結(jié)合而成為一項頗具前景的技術(shù)。石墨烯的高遷移率和獨特的電學性質(zhì)使其成為ISFETs的理想材料，基于石墨烯的ISFETs具有革命性的變化，可廣泛用作商業(yè)化學傳感器，改變傳統(tǒng)傳感器領(lǐng)域。

02【創(chuàng)新成果】

近日，賓夕法尼亞州立大學帕克分校的Saptarshi Das教授創(chuàng)新的將石墨烯基ISFET技術(shù)與機器學習算法相結(jié)合，通過這種方法顯著提升了化學傳感的性能，不僅解決了ISFET在實際應用中面臨的循環(huán)間、傳感器間及芯片間差異等挑戰(zhàn)，還能高精度地檢測pH值、食品摻假及有害污染物濃度，且單一的傳感器設計可在多種應用場景中使用，無需重新校準或模型再訓練，為化學傳感應用提供了一個成本效益高的平臺，并創(chuàng)新性地應用于食品行業(yè)，實現(xiàn)了對食品摻假及食品安全問題的有效檢測，展示了ISFETs在多個領(lǐng)域的廣闊應用前景。

03【數(shù)據(jù)概覽】

圖1、石墨烯基ISFETs的pH敏感性，非理想因素，緩解 2024 Springer Nature Limited

圖2、利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡理解pH敏感性 2024 Springer Nature Limited

圖3、摻假牛奶的分類到量化 2024 Springer Nature Limited

圖4、機器學習輔助的石墨烯基ISFETs進行食品鑒別 2024 Springer Nature Limited

圖5、機器學習輔助的石墨烯基ISFETs監(jiān)測食物新鮮度 2024 Springer Nature Limited

04【科學啟迪】

該成果展示了石墨烯基離子敏感場效應晶體管(ISFETs)在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康診斷、工業(yè)過程控制及食品安全等領(lǐng)域的應用潛力。文章深入分析了石墨烯ISFETs的pH敏感性，指出其能準確感知液體溶液的pH值，并討論了影響ISFET響應的非理想因素。此外，文章還提出了利用機器學習算法來減輕這些挑戰(zhàn)的方法，為ISFETs更廣泛的應用奠定了理論基礎。

原文信息：Pannone, A., Raj, A., Ravichandran, H. et al. Robust chemical analysis with graphene chemosensors and machine learning. Nature (2024).

來源：石墨烯聯(lián)盟

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