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Nanomaterials para Detectar Aplicaciones

Profesor Perena Gouma, Departamento de la Ciencia Material y Ingeniería, Universidad de Estado del Arroyo Pedregoso de Nueva York (SUNY)
Autor Correspondiente: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

El campo de sensores abarca una amplia variedad de materiales y de dispositivos usados para capturar los estímulos de la comprobación, químicos o biológicos que los convierten a las señales de rendimiento mensurables. Los Nanomaterials se pueden utilizar como elementos que detectan o receptores activos, como componentes transducing (e.g actuadores electro o chemo-mecánicos), e incluso durante los electrodos en el conjunto de circuitos y los sistemas eléctricos electrónicos (e.g nanowires).1,2

El Centro para los Nanomaterials y Revelado del Sensor en la Universidad de Estado de Nueva York en el Arroyo Pedregoso que el autor establecido en 2003 y ella todavía dirige, especializa en la síntesis y el uso de nanomaterials: óxidos metálicos, polímeros electro-activos, sus compuestos, y sus híbridos con las biomoléculas (enzimas, péptidos), sobre todo como elementos activos de los sistemas del sensor de bio-/chemical. Los Nanomaterials son muy importantes para chemosensing resistente2, un modo dominante de la transducción en el cual las entradas de información de señal químicas o bioquímicas induzcan cambios en la resistencia eléctrica del elemento activo.

Puesto Que la adsorción de gas en las superficies de materiales del sensor es fundamental al proceso resistente de la detección del gas, reducir la dimensionalidad de los materiales del sensor al nanoscale, así aumentando su superficie a la relación de transformación del volumen, tiene el efecto obvio de mejorar sensibilidad del gasa. Los partes Numerosos en la literatura han documentado varios aumentos de los órdenes de magnitud en la reacción del gas de los nanomaterials comparados a sus contrapartes a granel (ier)1,3. La reacción y la época de recuperación de chemiresistors nanomaterials-basados pueden ser impresionante tan inferiores como milisegundos1-3.

a aumento de la amplitud de cambio de la resistencia eléctrica del elemento activo en presencia de la misma concentración del gas

blos nanowires del óxido de metal del único cristal de la relación de aspecto “extrema” fueron sintetizados por el grupo de investigación de Profesor Gouma mediante electrospinning

c el uso de la nanotecnología para la detección temprana, la prevención y la vulcanización de enfermedades

El grupo de investigación de Profesor Gouma ha hecho contribuciones únicas a establecer y a explicar la especificidad del gas observada en nanomaterials funcionales del óxido de metal, tales como TiO2, MOO3 y WO3. Usando una aproximación cristaloquímica, se muestra que la fase del nanomaterial (organismo polimorfo cristalográfico) bastante que él es composición química, es el parámetro crítico que controla la afinidad de un óxido de metal estequiométrico a un analito gaseoso específico4,5. Por ejemplo, la â-fase del MOO3 y la ã-fase del WO3 son selectivas al óxido nítrico (NO), porque ambo parte la estructura cúbica del trióxido del renio6. Éste no es el caso con la uno-fase del MOO3 que tiene una estructura cristalina ortorrómbica única, abierta que sirva como detector altamente selectivo del amoníaco7.

Interesante, hay una fase poco conocida del material3 del WO que es ferroeléctrico y hace un detector excelente de la acetona8. Esta fase es termodinámico Gracias abajo estables9de -40°C. a la disponibilidad de procesos nanomanufacturing10, el grupo de investigación de Profesor Gouma podía estabilizar este nanophase al RT y utilizarlo para detectar11. Este nanomaterial “nuevo”, å-fase WO3, obra recíprocamente con los gases polares a través de un dieléctrico poling detectando el mecanismo8,11, un descubrimiento verdadero en detectar del gas.

Pues la síntesis del nanoscale de óxidos metálicos favorece metastability12, ahora hay una caja de herramientas de fases “raras” disponibles para proveer de gas la detección y la supervisión, incluyendo WO,3 el anatase y el brookite hexagonales TiO2, para nombrar algunos. Furthemore, tramitando estas fases “gas-selectivas” del óxido en configuraciones del nanowire 1Db agrega sensibilidad mejorada a la especificidad del gas13, así los límites de detección solamente de algunos las moléculas del gas (niveles del ppb) de los metabilitos de la transmisión de señales se han logrado recientemente1-3. Esto que encuentra tiene implicaciones importantes para las aplicacionesc del nanomedicine de nanomaterials.

Entre las nanotecnologías acertadas que El Centro para los Nanomaterials y el Revelado del Sensor en la Universidad de Estado de Nueva York en el Arroyo Pedregoso ha promovido, los diagnósticos del análisis de la respiración única se destacan. El Olfato Electrónico14 (si es tecnologías electrónicas de la nariz o de la lengüeta), ha sido limitado por la falta de sensores selectivos para discriminar los gases en un ambiente complejo del gas (tal como olor de la respiración).

Cuadro 1. nanoparticles De Cerámica del óxido que se utiliza como elementos que detectan en un prototipo del dispositivo del breathanalysis (mostrado arriba) que los monitores selectivamente la concentración de un biomarker gaseoso para la supervisión de la diabetes en una manera no invasor (derechos de autor: P. Gouma, CNSD).

Los sensores nanomaterials-basados descritos arriba ofrecen opciones baratas a los detectores ópticos costosos y abultados, el gas selectivo competente de la cañería maestra que detecta tecnología en fase de desarrollo15. Se han demostrado los dispositivos Con./desc. del nanosensor que pueden detectar de la infección bacteriana a la diabetes, e incluso cáncer de pulmón16. Usando los óxidos nanostructured bio-dopados (ureasa en el MOO3)17 o bio-nanocomposites (los péptidos de PANI/CAionophores/)18 como elementos que detectan, más futuros despliega la extensión de usar los nanomaterials como biosensores resistentes en herramientas diagnósticas no invasores.

En resumen, los nanomaterials están teniendo un enorme impacto en detectar aplicaciones mientras que ofrecen selectividad mejorada, sensibilidad, y la reacción rápida a los analitos de bio-/chemical del interés. Los chemosensors Resistentes usando los nanomaterials han activado barato nuevo y las aplicaciones no invasores para la salud y el seguro, tal como analizadores de la respiración, reblandecieron diagnósticos de la prueba, y otras herramientas personalizadas del remedio y de la protección. Los dispositivos Autopropulsados del nanosensor que confían totalmente en tecnología híbrida del nanowire se preven para el futuro próximo.


Referencias

1. P. Gouma, Nanomaterials para los Sensores Químicos y la Biotecnología, Cubeta Stanford Que Publica, 2009.
2. P. Gouma, D. Kubinski, E. Comini, y V. Guidi, eds, “Materiales de Nanostructured y Compuestos Híbridos para los Sensores del Gas y las Aplicaciones Biomédicas”, los Materiales Investigan a la Sociedad, Warrendale, PA, Muelle 2006.
3. G. Shen, PC. Chen, K. Ryu, y C. Zhou, “Dispositivos y Substancia Química Detectando Aplicaciones del Óxido de Metal Nanowires, Gorrón de la Química de los Materiales, 19, Págs. 828-839, 2009.
4. P.I. Gouma, A.K. Prasad, y K.K. Iyer, “Nanoprobes Selectivo para Hacer Señales Provee De Gas”, la Nanotecnología, 17, Págs. S48-S53, 2006.
5. P.I. Gouma, “Óxidos Polimórficos de Nanostructured para Chemosensors Avanzado”, Rev.Adv. Mater. Sci., 5, Págs. 123-138, 2003.
6. P.I Gouma y K. Kalyanasundaram, “Una Antena Selectiva de Nanosensing para el Óxido Nítrico”, Appl. Phys. Lett., 93, 244102, 2008.
7. A.K. Prasad, D. Kubinski, y P.I. Gouma, “Comparación de Sol-gel y RF Chisporrotearon los Sensores3 del Gas de la Película Fina del MOO para la Detección Selectiva del Amoníaco”, los Sensores y los Actuadores B, 9, pp.25-30, 2003.
8. Lisheng Wang, “Adaptó Síntesis y la Caracterización de Metabolitedetecting Selectivo Nanoprobes para el Análisis de la Respiración del PDA”, tesis del Ph.D., Arroyo Pedregoso de SUNY, Diciembre de 2008.
9. B.T. Matías y E.A. Wood, de la “transformación polimórfica Baja temperatura en el WO3”. Phys. Rev., 84(6), Págs. 1255-1255, 1951.
10. K. Wegner y S.E. Pratsinis, “Boquilla-Apagando el proceso para la síntesis controlada de la llama de los nanoparticles del titania”, AICHE J., 15, Págs. 432-436, 2003.
11. L. Wang, A. Teleki, S.E. Pratsinis, y P.I. Gouma, “WO Ferroeléctrico3 Nanoparticles para la Detección Selectiva de la Acetona”, Chem. Mater., 20(15), Págs. 4794 - 4796, 2008.
12. H. Zhang, el H. y J.F. Banfield, de “comportamiento polimórfico Comprensión de la transformación de la fase durante el incremento del nanocrystalline agrega: Discernimientos de TiO2”, Gorrón de la Química Física B, 104, Págs. 3481-3487 2000.
13. P. Gouma, K. Kalyanasundaram, y A. Obispo, “MOO Nanowires del Único Cristal3 de Electrospun para la Bioquímica que detecta antenas”, Gorrón de la edición especial de la Investigación, de Nanowires y de Nanotubes de los Materiales, 21(11), Págs. 2904-2910, 2006.
14. P. Gouma y G. Sberveglieri, “Materiales y Aplicaciones Nuevos de Narices y de Lengüetas Electrónicas”, SEÑORA Boletín, 29 (10), Págs. 697-700, 2004.
15. M.R. McCurdy, Y. Bakhirkin, G. Wysocki, R. Lewicki, y F.K. Tittel, “Avances Recientes en las Técnicas Laser-espectroscopia-Basadas para las Aplicaciones en Análisis de la Respiración”, J. Breath Res., 1, 014001, Págs. R1-R12, 2007.
16. P. Gouma, K. Kalyanasundaram, X. Yun, M. Stanacevic y L. Wang, “Analizador Químico del Sensor y de la Respiración para la Detección del Amoníaco en la Respiración Humana Exhalada”, Sensores de IEEE, Edición Especial en el Análisis de la Respiración, 10 (1), Págs. 49-53, 2010.
17. S.Y. Gadre y P. Gouma, “Cerámica de Biodoped: Síntesis, Propiedades Y Aplicaciones”, J. Amer. Ceram. Soc. - Documental Invitado, 89 (10), Págs. 2987 - 3002, 2006.
18. A.S. Haynes y P.I. Gouma, “Electrospun Conducto los Sensores Polímero-Basados para la Detección Avanzada el Patógeno”, Gorrón de los Sensores de IEEE, 8(6), Págs. 701-70, Junio de 2008.

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Perena Gouma (Universidad de Estado del Arroyo Pedregoso de Nueva York (SUNY))

Date Added: Feb 21, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:55

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