化學傳感器能夠收集與液體化學成分相關的信息，并將其轉換為電信號，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合而成為一項頗具前景的技術。石墨烯的高遷移率和獨特的電學性質使其成為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技術與機器學習算法相結合，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在多個領域的廣闊應用前景。

03【數據概覽】

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、利用人工神經網絡理解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：石墨烯聯盟

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