Trends in Analytical Chemistry：用于檢測人體和暴露環境中的生物標志物的可拉伸氣體傳感器

youyoucao 3年前 (2020-11-24) 3366瀏覽

背景介紹

可伸縮氣體傳感器通過將氣敏納米材料集成到軟彈性基底或者可伸展結構上，因而具備一定的變形能力，不會因機械變形而損壞。納米顆粒、納米線或具有納米厚度的薄膜常被用作傳感材料。而典型的結構設計策略則包括直接沉積氣敏納米材料到可拉伸薄膜或多孔模板（如織物、海綿或纖維網）上，島橋預應變設計中的褶皺結構布局和蛇形互連，以及各種應變隔離方法。由于可拉伸氣體傳感器在生物標志物實時監測方面的巨大潛力，對傳感器感應材料和結構設計方面的總結顯得十分必要。

近期，來自賓夕法尼亞州立大學的一個研究小組總結了近年來用于可伸縮氣體傳感器制作的納米材料的種類、傳感器設計和制造方法上的創新之處，并在《Trends in Analytical Chemistry》期刊上發表題為“Stretchable gas sensors for detecting biomarkers from humans and exposed environments"的研究論文。賓夕法尼亞州立大學博士生衣寧和沈鳴洲為該論文的共同第一作者，程寰宇助理教授為該論文的通訊作者。這項研究得到了國家科學基金會（ECCS-1933072）、美國化學學會石油研究基金（59021-DNI7）、美國國立衛生研究院心臟、肺和血液研究所（R61HL154215）和賓夕法尼亞州立大學啟動基金的資助。

研究的主要內容

該綜述表明可伸縮氣體傳感器的發展往往依賴于將納米材料直接集成在可拉伸基底或多孔網絡上，或者使用可伸縮的結構設計（圖1）。硅彈性體（如，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、Ecoflex）和紡織品是兩種常用于可穿戴電子產品的基底材料。聚氨酯（PU）彈性體因其較好的楊氏模量和其纖維或泡沫的電紡形式，也逐漸成為另一種有前途的基底材料。常用的納米感應材料則包括納米顆粒、納米線或具有納米厚度的薄膜。這些材料易于在可拉伸基板上集成，這也使得對上述四種傳感材料的不同形式納米幾何結構的金屬氧化物的合成有了廣泛的研究。除了直接涂層，TMD和碳基2D材料可以通過化學氣相沉積來制造。化學或電化學沉積可以很容易地制備薄膜導電聚合物。通過這些方法制備的可伸縮氣體傳感器具有高靈敏度和高選擇性，快速響應/恢復，超低檢出限的優良性能。這些特點使其能夠準確、連續地檢測各類生物標志物。柔性的特性也使其可以被放置在人體上實現對健康狀況地實時監測。