Nanomaterials voor het Ontdekken van Toepassingen

Professor Perena Gouma, Afdeling van de Wetenschap van Materialen & Techniek, de Universiteit van de Staat de Steenachtige Beek van van New York (SUNY)
Overeenkomstige auteur: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

Het gebied van sensoren omvat een grote die verscheidenheid van materialen en apparaten voor het vangen van fysieke, chemische of biologische stimuli worden gebruikt die hen omzetten in meetbare outputsignalen. Nanomaterials kan als actieve ontdekkende elementen of receptoren, als transducerende componenten (b.v. elektro of chemo-mechanische actuators), en zelfs als elektroden in elektronische schakelschema en machtssystemen (b.v. nanowires) worden gebruikt.1,2

Het Centrum voor Nanomaterials en de Ontwikkeling van de Sensor bij de Universiteit van de Staat van New York bij Steenachtige die Beek die de auteur in 2003 wordt gevestigd en zij nog leidt, specialiseren zich op de synthese en het gebruik van nanomaterials: metaaloxides, elektro-actieve polymeren, hun samenstellingen, en hun hybriden met biomoleculen (enzymen, peptides), hoofdzakelijk als actieve elementen van bio-/chemical sensorsystemen. Nanomaterials is zeer belangrijk voor het weerstand biedende chemosensing2, een zeer belangrijke transductiewijze waarin de chemische of biochemische signaalinput veranderingen in de elektroweerstand van het actieve element veroorzaakt.

Aangezien de gasadsorptie op de oppervlakten van de sensormaterialen voor het weerstand biedende proces van de gasopsporing fundamenteel is, heeft het verminderen van de dimensionaliteit van de sensormaterialen tot nanoscale, waarbij hun oppervlakte wordt verhoogd tot volumeverhouding, het duidelijke effect van het verbeteren van gasgevoeligheida. Talrijke rapporten in de literatuur hebben verscheidene grootteordes verhogingen van de gasreactie van nanomaterials in vergelijking met hun bulk (ier) tegenhangers gedocumenteerd1,3. De reactie en terugwinningstijd van op nanomaterials-gebaseerde chemiresistors kan indrukwekkend zo laag zijn zoals milliseconden1-3.

a het verhogen van de omvang van verandering van de elektroweerstand van het actieve element in aanwezigheid van de zelfde concentratie van het gas

bhet enig kristalmetaaloxide nanowires van „extreme“ aspectverhouding werd samengesteld door het onderzoeksteam van Professor Gouma's door middel van het electrospinning

c het gebruik van nanotechnologie voor de vroege opsporing, de preventie en de behandeling van ziekten

Het onderzoeksteam van Professor heeft Gouma's unieke die bijdragen tot het vestigen van en het verklaren van de gasspecificiteit geleverd in functionele metaaloxidenanomaterials wordt waargenomen, zoals TiO2, MoO3 en WO3. Gebruikend een crystallo-chemical benadering, toont men dat de fase van nanomaterial (kristallografische polymorph) eerder dan het chemische samenstelling is, is de kritieke parameter die de affiniteit van een stoichiometrisch metaaloxide controleert aan specifieke gasachtige analyte4,5. Bijvoorbeeld, zowel zijn de â-fase van3 MoO als de ã-fase van3 WO selectief aan salpeteroxyde (NO), omdat beide aandeel de kubieke structuur van het rheniumtrioxide6. Dit is niet het geval met de a-fase van MoO- die3 een unieke, open orthorhombic kristalstructuur heeft die als hoogst selectieve ammoniakdetector dient7.

Interessant, is er een weinig bekende fase van het materiaal3 WO dat ferroelectric is en een uitstekende acetondetector maakt8. Deze fase is thermodynamisch stabiel onder -40°C.9Dankzij de beschikbaarheid van het nanomanufacturing van processen10, kon het onderzoeksteam van Professor Gouma's dit nanophase stabiliseren aan RECHTS en het gebruiken voor het ontdekken11. Dit „nieuwe“ nanomaterial, å-fase WO3, staat met polaire gassen in wisselwerking door een diëlektrisch poling ontdekkend mechanisme8,11, een ware doorbraak in gas het ontdekken.

Aangezien nanoscale de synthese van metaaloxides metastability goedkeurt12, zijn er toolbox van „zeldzame“ fasen nu beschikbaar aan gasopsporing en de controle van, met inbegrip van hexagonale WO3, anatase en brookite TiO2, om enkelen te noemen. Furthemore, die deze „gas-selectieve“ oxydefasen in 1D nanowire configuraties verwerktb voegt betere gevoeligheid aan gasspecificiteit13toe, dus zijn de opsporingsgrenzen van slechts een paar gasmolecules (ppb niveaus) van signalerende metabolites onlangs bereikt1-3. Dit het vinden heeft belangrijke implicaties voor nanomedicinec toepassingen van nanomaterials.

Onder de succesvolle nanotechnologie die het Centrum voor Nanomaterials en de Ontwikkeling van de Sensor bij de Universiteit van de Staat van New York bij Steenachtige Beek de weg heeft bereid, enig - de diagnostiek van de ademanalyse komt duidelijk uit. De Elektronische Reukzin14 (of het elektronische neus of tongtechnologieën) is is, beperkt door het gebrek aan selectieve sensoren om gassen in een complex gasmilieu (zoals ademgeur) te onderscheiden.

Figuur 1. Ceramisch oxyde nanoparticles dat zoals ontdekkende elementen in een (hierboven) getoond prototype van het breathanalysisapparaat worden gebruikt dat selectief de concentratie van een gasachtige biomarker voor diabetes controle op een niet-invasieve manier controleert (auteursrecht: P. Gouma, CNSD).

De op nanomaterials-gebaseerde die sensoren boven aanbiedings goedkope alternatieven aan dure en omvangrijke optische detectors in ontwikkeling worden beschreven, de belangrijkste concurrerende selectieve gas het ontdekken technologie15. On/off nanosensorapparaten zijn aangetoond die van bacteriële besmetting aan diabetes kunnen ontdekken, en zelfs longkanker16. Bio-gesmeerd nanostructured oxyden (urease in MoO)3 of17 bio -bio-nanocomposites Gebruiken (peptides PANI/CAionophores/)18 aangezien ontdekkend elementen, verder het werkingsgebied van het gebruiken van nanomaterials als weerstand biedende biosensors in niet-invasieve kenmerkende hulpmiddelen uitbreidt.

Samengevat, hebben nanomaterials een enorme invloed in het ontdekken van toepassingen aangezien zij betere selectiviteit, gevoeligheid, en snelle reactie op analytes bio-/chemical van belang aanbieden. Weerstand Biedende chemosensors die nanomaterials gebruiken hebben nieuwe goedkope en niet-invasieve toepassingen voor gezondheid en veiligheid, zoals ademanalysatoren, de diagnostiek van de zweettest, en andere gepersonaliseerde geneeskunde en beschermingshulpmiddelen toegelaten. Selfpowered nanosensorapparaten die zich volledig op hybride nanowiretechnologie baseren worden voorzien voor de nabije toekomst.


Verwijzingen

1. P. Gouma, Nanomaterials voor Chemische Sensoren en Biotechnologie, het Pan Publiceren van Stanford, 2009.
2. P. Gouma, D. Kubinski, E. Comini, en V. Guidi, eds, „Materialen Nanostructured en Hybride Samenstellingen voor de Sensoren van het Gas en Biomedische Toepassingen“, de Maatschappij van het Onderzoek van Materialen, Warrendale, PA, de Lente Van 2006.
3. G. Shen, PC. Chen, K. Ryu, en C. Zhou, „Apparaten en Chemische het Ontdekken Toepassingen van Metaaloxide Nanowires, Dagboek van Chemie van Materialen, 19, blz. 828-839, 2009.
4. P.I. Gouma, A.K. Prasad, en K.K. Iyer, „Selectieve Nanoprobes voor Signalerende Gassen“, Nanotechnologie, 17, blz. S48-S53, 2006.
5. P.I. Gouma, „Veelvormige Oxyden Nanostructured voor Geavanceerde Chemosensors“, Rev.Adv. Mater. Sc.i., 5, blz. 123-138, 2003.
6. P.I Gouma en K. Kalyanasundaram, een „Selectieve Sonde Nanosensing voor SalpeterOxyde“, Appl. Phys. Lett., 93, 244102, 2008.
7. A.K. Prasad, D. Kubinski, en P.I. Gouma, „Vergelijking van Sol-Gel en RF Gesputterde MoO3 Sensoren van het Gas van de Dunne Film voor de Selectieve Opsporing van de Ammoniak“, Sensoren & Actuators B, 9, pp.25-30, 2003.
8. Lisheng Wang, „Gemaakte Synthese en Karakterisering van Selectieve Metabolitedetecting Nanoprobes voor de Handbediende Analyse van de Adem“, Ph.D. thesis, SUNY Steenachtige Beek, Dec 2008.
9. B.T. Matthias en E.A. Houten, „Lage temperatuur veelvormige transformatie in WO3“. Phys. Toer, 84(6), blz. 1255-1255, 1951.
10. K. Wegner en S.E. Pratsinis, „pijp-Dovend procédé voor gecontroleerde vlamsynthese van titania nanoparticles“, AICHE J., 15, blz. 432-436, 2003.
11. L. Wang, A. Teleki, S.E. Pratsinis, en P.I. Gouma, „Ferroelectric WO3 Nanoparticles voor de Selectieve Opsporing van het Aceton“, Chem. Mater., 20(15), blz. 4794 - 4796, 2008.
12. H. Zhang, H. en J.F. Banfield, „Begrijpend het veelvormige gedrag van de fasetransformatie tijdens de groei van nanocrystallinecomplexen: Inzicht van TiO2“, Dagboek van Fysieke Chemie B, 104, blz. 3481-3487 2000.
13. MoO Nanowires van het Enige Kristal P. Gouma, K. Kalyanasundaram, en A. Bishop, „3 Electrospun voor de ontdekkende sondes van Biochemie“, Dagboek van het Onderzoek van Materialen, Nanowires en Nanotubes speciale kwestie, 21(11), blz. 2904-2910, 2006.
14. P. Gouma en G. Sberveglieri, „Nieuwe Materialen en Toepassingen van Elektronische Neuzen en Tongen“, MEVR. Bulletin, 29 (10), blz. 697-700, 2004.
15. M.R. McCurdy, Y. Bakhirkin, G. Wysocki, R. Lewicki, en F.K. Tittel, „Recente Vooruitgang in op laser-spectroscopie-Gebaseerde Technieken voor Toepassingen in de Analyse van de Adem“, J. Breath Onderzoek., 1, 014001, blz. R1-R12, 2007.
16. P. Gouma, K. Kalyanasundaram, X. Yun, M. Stanacevic en L. Wang, de „Chemische Analysator van de Sensor en van de Adem voor de Opsporing van de Ammoniak in Uitgeademde Menselijke Adem“, de Sensoren van IEEE, Speciale Kwestie bij de Analyse van de Adem, 10 (1), blz. 49-53, 2010.
17. S.Y. Gadre en P. Gouma, „Keramiek Biodoped: Synthese, Eigenschappen En Toepassingen“, J. Amer. Ceram. Soc. - Uitgenodigd Artikel van de Eigenschap, 89 (10), blz. 2987 - 3002, 2006.
18. A.S. Haynes en P.I. Gouma, „Electrospun die op polymeer-Gebaseerde Sensoren voor de Geavanceerde Opsporing van de Ziekteverwekker Leidt“, Dagboek van IEEE- Sensoren, 8(6), blz. 701-70, Juni 2008.

Copyright AZoNano.com, Professor Perena Gouma (de Universiteit van de Staat de Steenachtige Beek van van New York (SUNY))

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

Last Update: 14. June 2013 01:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit