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Sensors:石墨烯掺杂氧化锡纳米纤维和纳米带气体传感器的制备及其对不同疾病生物标志物的传感性能
2020/12/27 8:48:21 易丝帮

DOI:10.3390/s20247223

本文介绍了以石墨烯为掺杂剂的氧化锡纳米纤维(NFs)和纳米带(NRs)传感器的开发,用于检测不同慢性疾病(哮喘、慢性阻塞性肺疾病、囊性纤维化或糖尿病)对应的挥发性有机化合物(VOCs)。这项研究旨在确定这些传感器区分健康人和疾病患者对应气体样本的能力。通过静电纺丝法生长纳米结构,并在集成了微型加热器的硅衬底上沉积纳米结构。使用扫描电子显微镜(SEM)对NFs和NRs的形态进行表征。研究人员组装了一条气体管道并对其进行编程,以模拟人体呼吸条件,从而测定不同浓度的各种气体(乙醇,丙酮,NO和CO)。在有无湿度的情况下进行测定以评估其效果。该类传感器能够区分健康人和患有某种疾病的患者对应气体的浓度。它们在较低的操作温度下对丙酮和乙醇等生物标志物敏感(响应高于35%)。此外,在高温下可对CO和NO响应(高于5%)。综上所述,该类传感器响应迅速,时间为50s,恢复时间约为10min。

 

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图1.测量装置。


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图2.由CSIC-IMB制造的带有四个微热板的硅衬底。插图(右下)显示了微热板的特征:膜、IDTs和加热器(尺寸以µm为单位)。


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图3.在450℃下煅烧后,PG掺杂氧化锡纳米纤维和纳米带的SEM图:(a)低倍率和(b)高倍率。


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图4.在干燥空气(0%RH)中的不同操作温度下,传感器对1ppm乙醇和4ppm丙酮的响应。


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图5.在300℃下的干燥空气(0%RH)中对不同浓度丙酮(0.5、1、2、3和4ppm)的电阻曲线。


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图6.在干燥(0%RH)和湿度(50%RH)空气中300℃下对不同浓度生物标志物的响应:(a)乙醇;(b)丙酮;(c)一氧化碳;(d)NO。绿色和红色阴影分别代表健康人和病人的浓度。


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图7.在不同的工作温度(25、100、200和300℃)下,传感器对2ppm乙醇,4ppm丙酮,5ppm CO和100ppb NO的响应。


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