High-Frequency Nanofluidics of Bio-NEMS: Theory and Experiments

生物 NEMS 的高频纳米流体:理论与实验

基本信息

  • 批准号:
    0755927
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-06-15 至 2011-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET-0755927EkinciThis study is a combined theoretical and experimental investigation of the fundamental fluid-dynamics of high frequency bio-functionalized nanoelectromechanical systems (Bio-NEMS) in aqueous solution. Most high impact applications of Bio-NEMS involve nanoscale cantilevers or doubly-clamped beams resonating in aqueous biochemical solutions. Optimization of Bio-NEMS operation in biochemical aqueous solutions is crucial for future sensing applications involving proteins, DNA, cells, chemicals, etc. Unfortunately, a Bio-NEMS resonator loses almost all of its stored energy to the fluid. This causes a significant reduction of the available signal from the device. Recent experiments and theory by the investigators have shown that, as the frequency of oscillations increase, the Newtonian fluid approximation breaks down, resulting in a transition from viscoelastic-like behavior to elastic-like behavior with an accompanying reduction in dissipation. This suggests that, at high frequencies, the effective fluidic dissipation can be reduced by changing the fluid relaxation time. Here, various approaches for increasing the relaxation time of aqueous solutions and the effects on fluidic dissipation of Bio-NEMS will be investigated. This project will train both graduate and undergraduate students in a wide cross-section of engineering and physics, including nanoscale engineering, nanometrology, and fluid dynamics. The investigators plan to remain involved in outreach events sponsored by Boston University, such as Science Saturdays, LENS and FIRST robotics. The investigators have a substantial amount of experience in organizing such programs, and the events will be coordinated in close collaboration with the Boston University Learning Resource Network (LERNet). The investigators will also disseminate research results through graduate- and undergraduate-level courses on Nanotechnology and Fluid Dynamics.
CBET-0755927EKINCITHIS研究是对水溶液中高频生物官能化的纳米机械系统(Bio-NEMS)的基本流体动力学的合并理论和实验研究。生物新闻的最高冲击应用涉及纳米级悬臂或在水溶液溶液中共鸣的双斜梁。生物化水溶液中生物NEMS的优化对于涉及蛋白质,DNA,细胞,化学物质等的未来感测应用至关重要。不幸的是,生物纽扣谐振器几乎将其所有存储的能量损失到流体中。这会导致设备可用信号的显着降低。研究人员的最新实验和理论表明,随着振荡频率的增加,牛顿流体近似分解,从而导致从类似粘弹性的行为到弹性样行为的过渡,并伴随着消散的减少。这表明,在高频下,可以通过改变流体松弛时间来减少有效的液体耗散。在这里,将研究各种用于增加水溶液的松弛时间的方法,以及对生物新EMS流体耗散的影响。 该项目将培训研究生和本科生的工程和物理,包括纳米级工程,纳米测量学和流体动力学。调查人员计划继续参与波士顿大学赞助的外展活动,例如科学星期六,镜头和第一机器人技术。调查人员在组织此类计划方面具有丰富的经验,这些活动将与波士顿大学学习资源网络(Lernet)密切合作进行协调。研究人员还将通过有关纳米技术和流体动力学的研究生和本科课程来传播研究结果。

项目成果

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