アプリケーションを感じるための Nanomaterials

物質科学の Perena Gouma部門及び工学ニューヨーク (SUNY) の石の小川の州立大学教授
対応する著者: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

センサーのフィールドは測定可能な出力信号にそれらを変換する物理の、化学または生物的刺激を捕獲するために使用されるいろいろ材料および装置を取囲みます。 Nanomaterials は、変換のコンポーネント (例えば電子か chemo 機械アクチュエーター) として、実行中の感知の要素か受容器としておよび電子回路部品およびパワー系統 (例えば nanowires) で一方で電極使用されるかもしれません。1,2

著者が 2003 年に確立したおよび彼女まだ nanomaterials の統合そして使用で指示しましたり、専門にします石の小川のニューヨークの州立大学の Nanomaterials そしてセンサーの開発のための中心は: 生物/chemical センサーシステムの実行中の要素として生体物質 (酵素、ペプチッド) が付いている金属酸化物、エレクトロ実行中ポリマー、合成物およびハイブリッド、本質的に。 Nanomaterials は抵抗に chemosensing の化学2か生化学的なシグナル入力が実行中の要素の電気抵抗の変更を誘導する主 transduction のモードにとって非常に重要です。

従ってセンサー材料の表面の気体吸着が抵抗ガスの検出プロセスに基本的であるので、 nanoscale にセンサー材料の次元の数を、ボリューム比率に表面を高めて減らすことは、ガスの感度を改善する明らかな効果をもたらしますa。 文献の多数のレポートはバルク (IER) 同等と比較される nanomaterials のガスの応答の増加複数の一桁を文書化しました1,3。 nanomaterials ベースの chemiresistors の応答そして回復時間はミリ秒印象的に低いかもしれません1-3

a ガスの同じ集中の前の実行中の要素の電気抵抗の変更の振幅を高めること

b「極度な」アスペクトレシオの単結晶の金属酸化物の nanowires は electrospinning によって教授の研究グループ Gouma's 総合されました

c 病気の早期検出、防止および治療のためのナノテクノロジーの使用

Gouma 教授の研究グループは観察される TiO、 MoO および WO のような機能金属酸化物の nanomaterials でガスの特定性を、確立し、説明すること2への一義的な3 貢献をしました3。 crystallo 化学薬品のアプローチを使用して、 nanomaterial (結晶学の多形) の段階よりもむしろそれは化学成分であることが特定の気体 analyte へ、です重大なパラメータ制御化学量論的な金属酸化物の親和性示されています4,5。 例えば、 MoO の â 段階および3 WO の ã 段階は両方3 一酸化窒素に選択的、 (NO)ので両方分け前立方レニウム三酸化物の構造です6。 これは非常に選択的なアンモナル探知器として役立つ3一義的な、開いた orthorhombic 結晶構造を持っている MoO- の段階のそうではないです7

興味深いことに、 ferroelectric の、優秀なアセトンの3 探知器を作る WO 材料のあまり知られていない段階があります8。 この段階は熱力学的に nanomanufacturing プロセスの9アベイラビリティのおかげで安定した下の -40°C. のです10Gouma's 教授の研究グループはこの nanophase を RT に安定させ、感知のために使用できました11。 この 「新しい」 nanomaterial、 å 段階 WO は3 poling 誘電体を通って北極のガスと、相互に作用していてメカニズム、8,11ガスの感知の本当の進歩を感じます。

金属酸化物の nanoscale の統合が metastability を支持したりので12、少数を指名するために検出そしてモニタリングに、六角形 WO、 anatase および brookite TiO を含むガスを供給する使用できる 「まれな」3段階の今道具箱が2あります。 1D nanowire 構成のこれらの 「ガス選択的な」酸化物段階を処理する Furthemore はb ガスの特定性に改善された感度を追加します13、従って少数だけの検出限界はシグナリング代謝物質のガスの分子 (ppb のレベル) 最近達成されてしまいました1-3。 見つけるこれに nanomaterials の nanomedicine アプリケーションのためのc 重要な含意があります。

石の小川のニューヨークの州立大学の Nanomaterials そしてセンサーの開発のための中心が開拓した正常なナノテクノロジーの間で、一息をつく間の分析の診断は際立っています。 電子嗅覚は14 選択的なセンサーの欠乏によって複雑なガスの環境のガスを区別するために (それが電子鼻または舌の技術であるかどうか)、限定されました (呼吸臭気のような)。

breathanalysis 装置プロトタイプで感知要素として非侵襲的な方法 (版権で糖尿病のモニタリングのために (上で示されている) こと選択式にモニタ気体 biomarker の集中使用される図 1. 陶磁器の酸化物の nanoparticles: P. Gouma、 CNSD)。

上で記述されている nanomaterials ベースのセンサーは高価で、扱いにくい光学探知器、開発の下で技術を感じる本管の競争の選択的なガスに安価な代わりを提供します15。 細菌感染から糖尿病に検出するかもしれない肺癌示されオン/オフ nanosensor 装置は16。 生物添加された nanostructured 酸化物 (MoO のウレアーゼ)3 を使用して17 または (PANI/CAionophores/のペプチッド)18 それ以上の感知要素として生物nanocomposites 抵抗バイオセンサーとして非侵襲的な診察道具で nanomaterials を使用することのスコープを拡大します。

要約すると、 nanomaterials にアプリケーションの感知で途方もない影響があっています興味の生物/chemical analytes への改善された選択率、感度および急速な応答を提供すると同時に。 nanomaterials を使用して抵抗 chemosensors は新しい安価可能にし、保健及び安全性のための非侵襲的なアプリケーションは、呼吸検光子のような、テスト診断および他の個人化された薬および保護ツールを発汗させました。 ハイブリッド nanowire の技術に完全に頼る Selfpowered nanosensor 装置は近い将来の間想像されます。


参照

1. P. Gouma の化学センサーおよび人間工学の出版する鍋スタンフォード 2009 年のための Nanomaterials。
2. P. Gouma、 D. Kubinski、 E. Comini、およびガスセンサーおよび生物医学的なアプリケーションのための V. Guidi、 ED、 「Nanostructured 文書およびハイブリッド合成物は」の、材料社会、 Warrendale、 PA のばね 2006 年を研究します。
3. G. センのパソコン。 陳、金属酸化物 Nanowires の材料化学、 19、 PP のジャーナルのアプリケーションを感じている K. Ryu、および C. Zhou、 「装置および化学薬品。 828-839、 2009 年。
4. P.I. Gouma、 A.K. Prasad、および K.K. Iyer は、 「信号を送ることのための選択的な Nanoprobes」、ナノテクノロジー、 17、 PP ガスを供給します。 S48-S53 2006 年。
5. P.I. Gouma、 「高度の Chemosensors のための Nanostructured 多形酸化物」の、 Rev.Adv。 Mater。 Sci。、 5、 PP。 123-138、 2003 年。
6. P.I Gouma および K. Kalyanasundaram、 「一酸化窒素のための Nanosensing の選択的なプローブ」、 Appl。 Phys。 Lett。、 93、 244102 2008 年。
7. A.K. Prasad、 D. Kubinski、およびゾル・ゲルの P.I. Gouma、 「比較および RF は選択的なアンモナル3 検出のための MoO の薄膜のガスセンサー」、センサー及びアクチュエーター B、 9、 pp.25-30 2003 年を放出させました。
8. Lisheng Wang は、 「手持ち型の呼吸分析のための選択的な Metabolitedetecting Nanoprobes の統合そして性格描写を」、 Ph.D の説、 SUNY の石の小川、 2008 年 12 月合わせました。
9. B.T. マティアスおよび E.A. Wood、 「WO の低温多形変形3」の。 Phys。 Rev.、 84(6)、 PP。 1255-1255 1951 年。
10. K. Wegner および S.E. Pratsinis、 「チタニアの nanoparticles の制御された炎の統合のためのプロセスを」、 AICHE J.、 15、 PP ノズル癒やします。 432-436、 2003 年。
11. L. Wang、 A. Teleki、 S.E. Pratsinis、および P.I. Gouma、 「アセトンの選択的な3 検出のための Ferroelectric WO Nanoparticles」、 Chem。 Mater。、 20(15)、 Pp. 4794 - 4796 2008 年。
12. H. チャン、 H. および J.F. Banfield は、 「nanocrystalline の成長の間の理解の多形段階の変形の動作集約します: TiO からの洞察力2」、物理化学 B、 104、 PP のジャーナル。 3481-3487 2000 年。
13. P. Gouma、 K. Kalyanasundaram、および A. 司教、 「プローブ」を感じる Bio-Chem3 のための Electrospun 単結晶 MoO Nanowires 材料の研究、 Nanowires および Nanotubes の特集号、 21(11)、 PP のジャーナル。 2904-2910、 2006 年。
14. P. Gouma および G. Sberveglieri、 「電子鼻および舌の新しい材料そしてアプリケーション」、夫人報告、 29 (10)、 PP。 697-700、 2004 年。
15. M.R. McCurdy、 Y. Bakhirkin、 G. Wysocki、 R. Lewicki、および F.K. Tittel、 「呼吸分析のアプリケーションのためのレーザー分光学ベースの技術の最近の前進」、 J. Breath Res。、 1、 014001、 PP。 R1-R12 2007 年。
16. P. Gouma、 K. Kalyanasundaram、 X. Yun、 M. Stanacevic および L. Wang、 「吐き出された人間の呼吸のアンモナル検出のための化学センサーおよび呼吸検光子」、 IEEE センサー、呼吸分析、 10 (1)、 PP の特集号。 49-53、 2010 年。
17. S.Y. Gadre および P. Gouma、 「Biodoped の製陶術: 統合、特性およびアプリケーション」、 J. アメル。 Ceram。 Soc. - 誘われた特集記事、 89 (10)、 Pp. 2987 - 3002 2006 年。
18. A.S. ヘインズおよび P.I. Gouma、 「高度の病原体の検出のための Electrospun 行なうポリマーベースのセンサー」の、 IEEE センサージャーナル、 8(6)、 PP。 701-70、 2008 年 6 月。

、版権 AZoNano.com Perena Gouma (ニューヨーク (SUNY の) 石の小川) の州立大学教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:31

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