Sensors：石墨烯摻雜氧化錫納米纖維和納米帶氣體傳感器的制備及其對不同疾病生物標志

DOI:10.3390/s20247223

本文介紹了以石墨烯為摻雜劑的氧化錫納米纖維（NFs）和納米帶（NRs）傳感器的開發，用于檢測不同慢性疾病（哮喘、慢性阻塞性肺疾病、囊性纖維化或糖尿病）對應的揮發性有機化合物（VOCs）。這項研究旨在確定這些傳感器區分健康人和疾病患者對應氣體樣本的能力。通過靜電紡絲法生長納米結構，并在集成了微型加熱器的硅襯底上沉積納米結構。使用掃描電子顯微鏡（SEM）對NFs和NRs的形態進行表征。研究人員組裝了一條氣體管道并對其進行編程，以模擬人體呼吸條件，從而測定不同濃度的各種氣體（乙醇，丙酮，NO和CO）。在有無濕度的情況下進行測定以評估其效果。該類傳感器能夠區分健康人和患有某種疾病的患者對應氣體的濃度。它們在較低的操作溫度下對丙酮和乙醇等生物標志物敏感（響應高于35％）。此外，在高溫下可對CO和NO響應（高于5％）。綜上所述，該類傳感器響應迅速，時間為50s，恢復時間約為10min。

圖1.測量裝置。

圖2.由CSIC-IMB制造的帶有四個微熱板的硅襯底。插圖（右下）顯示了微熱板的特征：膜、IDTs和加熱器（尺寸以μm為單位）。

圖3.在450℃下煅燒后，PG摻雜氧化錫納米纖維和納米帶的SEM圖：（a）低倍率和（b）高倍率。

圖4.在干燥空氣（0％RH）中的不同操作溫度下，傳感器對1ppm乙醇和4ppm丙酮的響應。

圖5.在300℃下的干燥空氣（0％RH）中對不同濃度丙酮（0.5、1、2、3和4ppm）的電阻曲線。

圖6.在干燥（0％RH）和濕度（50％RH）空氣中300℃下對不同濃度生物標志物的響應：（a）乙醇；（b）丙酮；（c）一氧化碳；（d）NO。綠色和紅色陰影分別代表健康人和病人的濃度。

圖7.在不同的工作溫度（25、100、200和300℃）下，傳感器對2ppm乙醇，4ppm丙酮，5ppm CO和100ppb NO的響應。