0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

用于检测VOC和人体呼气的化学电阻式气体传感器的最新进展

MEMS 来源:MEMS 2023-11-16 09:02 次阅读

呼气分析因其非侵入性和易于实时监测而成为一种很有前景的医学诊断方法。呼气中的某些挥发性有机化合物(VOC)被认为是特定疾病的潜在生物标志物。以纳米材料为传感界面的化学电阻式气体传感器作为呼气监测各种疾病的无创筛查和诊断工具之一,近些年来被广泛用于VOC检测

据麦姆斯咨询报道,近期,来自纽约州立大学宾汉姆顿分校、复旦大学等机构的研究人员在Advanced Sensor Research期刊上发表了题为“Flexible, Fibrous, and Rigid Chemiresistive VOC Sensors with Nanoparticle-Structured Interfaces”的综述文章,重点介绍了用于检测VOC和人体呼气的化学电阻式气体传感器的最新进展,并探讨了化学电阻式气体传感器技术在呼气筛查和疾病监测领域的应用进展,以及未来面临的挑战与机遇。

8506a00c-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图1 用于监测人体呼气VOC生物标志物的系统示意图(包含检测电子设备、化学电阻式气体传感器阵列、数据处理)

化学电阻式气体传感器响应特性和制造

具有纳米颗粒结构界面的化学电阻式气体传感器的传感特性主要由颗粒间分子相互作用决定,气体的吸附会引起分子间相互作用的变化,从而改变传感器的电性能。

化学电阻式气体传感器由两个关键部件组成:敏感膜和电信号转导电极。在传统的电信号转导电极制造工艺中,通常采用光刻图案技术。然而,这种方法存在一定的局限性,包括成本高、材料限制和制造可扩展性有限。为了克服这些局限性,一种替代方法逐渐普及开来,即在低温和卷对卷加工条件下印刷导电油墨。这种创新的方法有望彻底改变3D纤维传感器的设计和制造,为该领域带来新的可能性和进步。

用于VOC监测的化学电阻式气体传感器

基于纳米颗粒结构界面的化学电阻式气体传感器具有可调谐性,可用于检测人体呼气中的VOC。从传感材料的开发(重点是纳米材料和混合结构),到先进传感系统的出现及其多样化应用,这些领域都取得了重要的进展。

在利用呼气检测肺癌和胃癌的研究方面,Hossam Haick等人通过分析呼气样本,研究了带有多种有机配体的金纳米颗粒衍生的纳米传感器在肺癌和胃癌诊断测试中的应用。该研究所设计的分类模型在肺癌检测实验中表现出极高的准确性、灵敏度和特异性,在受试者工作特征(ROC)分析中,曲线下面积(AUC)达到0.99。同样,在评估胃癌与对照组时,该分类模型也表现出卓越的性能,所有性能指标都达到了较高水平。该纳米传感器在更具挑战性的肺癌与胃癌分类模型中也表现出高性能,虽然略低于以往的模型,但这些结果仍然可被临床认可。

851e14e4-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图2 Hossam Haick等人基于纳米传感器进行肺癌和胃癌呼气诊断研究

在基于纳米颗粒结构界面的柔性传感器研究方面,Hossam Haick等人提出了基于纳米颗粒的多参数传感系统,旨在识别、分类和分离VOC等常见的刺激物。该传感器有望应用于可穿戴设备、人形机器人和健康监测系统。利用基于金-单层金属纳米颗粒(Au-MCNP)的柔性传感器(每个传感器都带有单一类型的配体),能够实现对各种VOC的多参数传感能力,并对器件拉伸和压缩等弯曲状态进行评估。

853c263c-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图3 Hossam Haick等人提出的基于纳米颗粒的多参数传感系统

在用于检测VOC和器件应变的柔性传感器研究方面,Chuan-Jian Zhong等人利用微电极图案化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基底,涂覆金纳米颗粒的薄膜作为组件,制备了一种柔性化学电阻传感器。通过对比分析柔性化学电阻传感器在己烷、乙醇和丙酮蒸气存在下的不同应变条件下表现出的响应灵敏度,证明了该器件响应灵敏度的可调谐性。

85562eba-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图4 Chuan-Jian Zhong等人提出的用于检测VOC和器件应变的柔性化学电阻传感器

在用于检测VOC的纳米纤维纺织传感器研究方面,Benjamin S. Hsiao等人提出一种静电纺织聚合物纤维基板,该基板嵌入了由尺寸可调的金纳米颗粒和结构敏感的树状分子作为交联剂的纳米纤维。纳米纤维传感器所表现出的多路复用能力对于检测肺癌呼气或其他生物标志物中存在的各种异构醇VOC至关重要。

856aea3a-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图5 Benjamin S. Hsiao等人提出的静电纺织聚合物纤维基板

在利用呼气VOC评估肺癌的研究方面,基于纳米结构传感器阵列在呼气VOC传感方面的卓越性能,Susan Lu等人展示了一种紧凑型无线呼气传感器系统。该集成系统由传感器电子设备、呼吸采样组件、数据处理和基于纳米颗粒结构界面的化学电阻式气体传感器阵列组成,可用于检测人类呼气样本中与肺癌生物标志物相关的VOC。

8591b12e-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图6 Susan Lu等人提出的紧凑型无线呼气传感器系统

在传感器系统集成与人工智能AI)数据分析应用方面,建立一种将纳米结构化学电阻传感器阵列与数据分析集成的有效方法至关重要,尤其是用于创建便携式和无线传感器系统。Chuan-Jian Zhong等人提出一种便携式无线传感器集成系统。该系统由传感器硬件和电子设备组成,能够从化学电阻式气体传感器阵列对VOC和人体呼气样本的响应中收集数据。此外,该系统将采集的数据无缝传输并存储在云数据库中,以实现高效管理和分析。该系统有望用于实时护理和远程监测应用,特别是用于肺癌呼气筛查。

859fc124-83d1-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg


图7 Chuan-Jian Zhong等人提出的便携式无线传感器系统

上述这些研究表明了基于纳米颗粒结构界面的化学电阻式气体传感器应用于各领域的巨大潜力。随着技术进一步发展,下一代化学电阻式气体传感器的研究重点应该是将增强的灵敏度和选择性与人工智能相结合。这可以通过采用先进的材料和结构,或使用先进的机器学习算法有效地提取目标信号来实现,从而为更准确、更可靠的VOC传感解决方案铺平道路,以满足更多关键应用需求。

目前,研究人员正致力于进一步提高基于纳米颗粒的柔性传感器的灵敏度、选择性和耐久性。未来,基于纳米颗粒的柔性传感器有望成为纳米技术最重要和变革性的应用之一,将有助于设计实现更先进的化学电阻式气体传感器,以满足各种可穿戴应用的需求,包括疾病的快速呼气筛查和有毒气体的环境监测。此外,在即时检验等筛查和诊断应用领域也将取得重大进展。

审核编辑:彭菁

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 传感器
    +关注

    关注

    2550

    文章

    51046

    浏览量

    753137
  • 电阻
    +关注

    关注

    86

    文章

    5509

    浏览量

    171956
  • 电极
    +关注

    关注

    5

    文章

    813

    浏览量

    27215
  • 气体传感器
    +关注

    关注

    14

    文章

    542

    浏览量

    37686

原文标题:综述:基于纳米颗粒结构界面的化学电阻式VOC气体传感器

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    风光互补技术及应用新进展

    风光互补技术及应用新进展   [hide]风光互补技术及应用新进展.rar[/hide] [此贴子已经被作者于2009-10-22 11:52:24编辑过]
    发表于 10-22 11:51

    风光互补技术原理及最新进展

    风光互补技术原理及最新进展摘要: 简要回顾国内外风电、光伏技术与应用发展态势,结合风光互补系统应用, 分析、介绍了风光互补LED路灯照明系统、智能控制设计、分布供电电源、风光互补水泵系统,并着重
    发表于 10-26 13:45

    车联网技术的最新进展

    `直播主题及亮点:在介绍中国车联网的发展历史的基础上,分析目前的车联网产品类型和技术路线,分析5G的技术特点、优势和未来市场发展趋势,介绍北斗与GPS的区别和北斗卫星的最新进展和应用。针对即将成为车
    发表于 09-21 14:01

    CMOS图像传感器最新进展及应用

    低档消费数码相机中普遍使用的CMOS图像传感器的50倍。  最新进展及发展趋势  1、低压驱动掩埋光电二极管型CMOS图像传感器  CMOS图像传感器在低照度下成像质量一直不如CCD,
    发表于 10-30 16:13

    基于电化学传感器的Arduino兼容电化学气体检测电路CN0357

    EVAL-CN0357-ARDZ,Arduino兼容电化学气体检测电路CN0357,是一种使用电化学传感器的单电源,低噪声便携气体检测器
    发表于 03-12 10:39

    介绍IXIAIP测试平台和所提供测试方案的最新进展

    介绍IXIAIP测试平台和所提供测试方案的最新进展
    发表于 05-26 06:46

    ITU-T FG IPTV标准化最新进展如何?

    ITU-T FG IPTV标准化最新进展如何?
    发表于 05-27 06:06

    CMOS图像传感器最新进展及发展趋势是什么?

    CMOS图像传感器最新进展及发展趋势是什么?
    发表于 06-08 06:20

    VisionFive 2 AOSP最新进展即将发布!

    非常开心地在这里和大家提前预告,我们即将发布VisionFive 2 集成 AOSP的最新进展!请大家多多期待吧~ 此次通过众多社区成员的支持和贡献(https://github.com
    发表于 10-08 09:15

    SnO2薄膜气体传感器研究新进展

    文章综述了近年来国际上SnO2 薄膜气体传感器在制备方法与性能修饰方面研究的新进展。对于各种SnO2 薄膜气体传感器的制备方法总结了其优缺点
    发表于 01-16 15:07 25次下载

    UWB通信技术最新进展及发展趋势

    UWB通信技术最新进展及发展趋势,下来看看
    发表于 02-07 12:44 11次下载

    山西大学:在电化学传感器的设计和肿瘤标记物检测方面取得新进展

    传感新品 【山西大学:在电化学传感器的设计和肿瘤标记物检测方面取得新进展】 近日,山西大学环境科学研究所郭玉晶教授课题组在电化学传感器的设计
    的头像 发表于 03-01 22:13 706次阅读

    清华大学:智能气体传感器研究中取得新进展,基于单气体传感器实现了混合物多组分智能检测

    传感新品 【清华大学:智能气体传感器研究中取得新进展,基于单气体传感器实现了混合物多组分智能
    的头像 发表于 04-03 17:10 1284次阅读

    5G最新进展深度解析.zip

    5G最新进展深度解析
    发表于 01-13 09:06 1次下载

    用于人体呼气检测化学电阻VOC气体传感器

    呼气分析因其非侵入性和易于实时监测而成为一种很有前景的医学诊断方法。呼气中的某些挥发性有机化合物(VOC)被认为是特定疾病的潜在生物标志物。
    的头像 发表于 11-17 09:30 1262次阅读
    <b class='flag-5'>用于</b><b class='flag-5'>人体</b><b class='flag-5'>呼气</b><b class='flag-5'>检测</b>的<b class='flag-5'>化学</b><b class='flag-5'>电阻</b><b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>VOC</b><b class='flag-5'>气体</b><b class='flag-5'>传感器</b>