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-0755927 Ekinci本研究是对水溶液中高频生物功能化纳米机电系统(Bio-NEMS)的基本流体动力学的理论和实验研究。Bio-NEMS的大多数高冲击应用涉及纳米级杠杆或双箝位梁在生化水溶液中共振。优化生物化学水溶液中的Bio-NEMS操作对于未来涉及蛋白质、DNA、细胞、化学品等的传感应用至关重要。不幸的是,Bio-NEMS谐振器几乎将其所有存储的能量都损失给了流体。这导致来自设备的可用信号显著减少。研究人员最近的实验和理论表明,随着振荡频率的增加,牛顿流体近似被打破,导致从类粘弹性行为过渡到类弹性行为,伴随着耗散的减少。这表明,在高频率下,可以通过改变流体弛豫时间来减少有效的流体耗散。在这里,各种方法增加弛豫时间的水溶液和生物NEMS的流体耗散的影响将进行研究。 这个项目将培养研究生和本科生在工程和物理学的广泛的横截面,包括纳米工程,纳米计量学和流体动力学。研究人员计划继续参与波士顿大学赞助的外展活动,如科学星期六,透镜和FIRST机器人。研究人员在组织此类项目方面拥有丰富的经验,这些活动将与波士顿大学学习资源网络(LERNet)密切合作。研究人员还将通过纳米技术和流体动力学的研究生和本科生课程传播研究成果。

项目成果

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知道了