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Nanomaterials para Detectar Aplicações

Professor Perena Gouma, Departamento da Ciência de Materiais & Engenharia, Universidade Estadual do Ribeiro Rochoso de New York (SUNY)
Autor Correspondente: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

O campo dos sensores abrange uma grande variedade de materiais e de dispositivos usados capturando os estímulos do exame, os químicos ou os biológicos que convertem os aos sinais de saída mensuráveis. Os Nanomaterials podem ser usados como elementos ou os receptors activos de detecção, como componentes transducing (por exemplo electro ou actuadores chemo-mecânicos), e mesmo como os eléctrodos em circuitos e em sistemas de energia eletrônicos (por exemplo nanowires).1,2

O Centro para Nanomaterials e Revelação do Sensor na Universidade Estadual de New York no Ribeiro Rochoso que o autor estabelecido em 2003 e ainda dirigem, especializam na síntese e no uso dos nanomaterials: óxidos de metal, polímeros electro-activos, seus compostos, e seus híbrido com biomoléculas (enzimas, peptides), primeiramente como elementos activos de sistemas do sensor de bio-/chemical. Os Nanomaterials são muito importantes para chemosensing resistive2, um modo chave da transdução em que as entradas de sinal químicas ou bioquímicas induzem mudanças na resistência elétrica do elemento activo.

Desde Que a adsorção de gás nas superfícies de materiais do sensor é fundamental ao processo resistive da detecção do gás, reduzir a extensibilidade dos materiais do sensor ao nanoscale, assim aumentando sua superfície à relação do volume, tem o efeito óbvio de melhorar a sensibilidade do gása. Os relatórios Numerosos na literatura documentaram diversos aumentos dos ordens de grandeza na resposta do gás dos nanomaterials comparados a suas contrapartes (multiplicador) maiorias1,3. A resposta e a época de recuperação de chemiresistors nanomaterials-baseados podem ser impressionante tão baixas quanto milissegundos1-3.

a aumentando a amplitude da mudança da resistência elétrica do elemento activo na presença da mesma concentração do gás

bos nanowires do óxido de metal do único cristal do prolongamento “extremo” foram sintetizados pelo grupo de investigação do Professor Gouma por meio de electrospinning

c o uso da nanotecnologia para a detecção atempada, a prevenção e a cura das doenças

O grupo de investigação do Professor Gouma fez contribuições originais para o estabelecimento e a explicação da especificidade do gás observada em nanomaterials funcionais do óxido de metal, tais como TiO2, MOO3 e WO3. Usando uma aproximação do crystallo-produto químico, mostra-se que a fase do nanomaterial (polymorph crystallographic) um pouco do que ele é composição quimica, é o parâmetro crítico que controla a afinidade de um óxido de metal estoiquiométrico a um analyte gasoso específico4,5. Por exemplo, a â-fase de MOO3 e a ã-fase de WO3 são selectivas ao óxido nítrico (NO), porque ambo parte a estrutura cúbica do trióxido do rénio6. Este não é o caso com a um-fase de MOO3 que tem uma estrutura de cristal ortorômbica original, aberta que serva como um detector altamente selectivo da amônia7.

Interessante, há uma fase pouco conhecida do material3 do WO que é ferroelectric e faz um detector excelente da acetona8. Esta fase é thermodynamically Agradecimentos abaixo estáveis9de -40°C. à disponibilidade de processos nanomanufacturing10, o grupo de investigação do Professor Gouma podia estabilizar este nanophase ao RT e usá-lo para detectar11. Este nanomaterial “novo”, å-fase WO3, interage com os gáss polares através de um dielétrico que poling detectando o mecanismo8,11, uma descoberta verdadeira na detecção do gás.

Porque a síntese do nanoscale de óxidos de metal favorece o metastability12, há uma caixa de ferramentas das fases “raras” agora disponíveis para intoxicar a detecção e a monitoração, incluindo WO,3 o anatase e o brookite sextavados TiO2, para nomear alguns. Furthemore, processando estas fases “gás-selectivas” do óxido em configurações do nanowire 1Db adiciona a sensibilidade melhorada à especificidade do gás13, assim os limites de detecção somente de alguns moléculas do gás (níveis do ppb) de metabolitos da sinalização têm sido conseguidos recentemente1-3. Isto que encontra tem implicações importantes para aplicaçõesc do nanomedicine dos nanomaterials.

Entre as nanotecnologia bem sucedidas que O Centro para Nanomaterials e Revelação do Sensor na Universidade Estadual de New York no Ribeiro Rochoso abriu caminho, únicas - os diagnósticos da análise da respiração estão para fora. A Olfacção Eletrônica14 (se é tecnologias eletrônicas do nariz ou da língua), foi limitada pela falta de sensores selectivos para discriminar gáss em um ambiente complexo do gás (tal como o odor da respiração).

Figura 1. nanoparticles Cerâmicos do óxido que é usada como elementos de detecção em um protótipo do dispositivo do breathanalysis (mostrado acima) que monitores selectivamente a concentração de um biomarker gasoso para a monitoração do diabetes em uma maneira não invasora (direitos reservados: P. Gouma, CNSD).

Os sensores nanomaterials-baseados descritos acima oferecem alternativas baratas aos detectores ópticos caros e volumosos, o gás selectivo de competência do cano principal que detecta a tecnologia em desenvolvimento15. Os dispositivos De Ligar/desligar do nanosensor foram demonstrados que podem detectar da infecção bacteriana ao diabetes, e mesmo câncer pulmonar16. Usar os óxidos nanostructured bio-lubrificados (urease no MOO3)17 ou bio-nanocomposites (peptides de PANI/CAionophores/)18 como os elementos de detecção, mais adicionais expande o espaço de usar nanomaterials como biosensors resistive em ferramentas diagnósticas não invasoras.

Em resumo, os nanomaterials estão tendo um impacto tremendo em detectar aplicações enquanto oferecem a selectividade melhorada, a sensibilidade, e a resposta rápida aos analytes de bio-/chemical do interesse. Os chemosensors Resistive que usam nanomaterials permitiram barato novo e os pedidos não invasores para a saúde e a segurança, tal como analisadores da respiração, suaram diagnósticos do teste, e outras ferramentas personalizadas da medicina e da protecção. Os dispositivos Selfpowered do nanosensor que confiam completamente na tecnologia híbrida do nanowire são previstos para o futuro próximo.


Referências

1. P. Gouma, Nanomaterials para Sensores Químicos e Biotecnologia, Bandeja Stanford que Publica, 2009.
2. P. Gouma, D. Kubinski, E. Comini, e V. Guidi, eds, de “Materiais Nanostructured e Compostos Híbridos para Sensores do Gás e Aplicações Biomedicáveis”, Materiais Pesquisam a Sociedade, Warrendale, PA, Primavera De 2006.
3. G. Shen, PC. Chen, K. Ryu, e C. Zhou, “Dispositivos e Produto Químico Detectando Aplicações do Óxido de Metal Nanowires, Jornal da Química dos Materiais, 19, pp. 828-839, 2009.
4. P.I. Gouma, A.K. Prasad, e K.K. Iyer, “Nanoprobes Selectivo para Sinalizar Intoxicam-se”, a Nanotecnologia, 17, pp. S48-S53, 2006.
5. P.I. Gouma, de “Óxidos Polimorfos Nanostructured para Chemosensors Avançado”, Rev.Adv. Mater. Sci., 5, pp. 123-138, 2003.
6. P.I Gouma e K. Kalyanasundaram, “Uma Ponta De Prova Selectiva de Nanosensing para o Óxido Nítrico”, Appl. Phys. Lett., 93, 244102, 2008.
7. A.K. Prasad, D. Kubinski, e P.I. Gouma, “Comparação do Solenóide-Gel e RF Engasgaram Sensores3 do Gás do Filme Fino do MOO para a Detecção Selectiva da Amônia”, Sensores & Actuadores B, 9, pp.25-30, 2003.
8. Lisheng Wang, “Costurou a Síntese e a Caracterização de Metabolitedetecting Selectivo Nanoprobes para Análise Handheld da Respiração”, tese do Ph.D., Ribeiro Rochoso de SUNY, Em dezembro de 2008.
9. B.T. Matthias e E.A. Madeira, da “transformação polimorfo Baixa temperatura no WO3”. Phys. Rev., 84(6), pp. 1255-1255, 1951.
10. K. Wegner e S.E. Pratsinis, “Bocal-Extinguindo o processo para síntese controlada da chama de nanoparticles do titania”, AICHE J., 15, pp. 432-436, 2003.
11. L. Wang, A. Teleki, S.E. Pratsinis, e P.I. Gouma, “WO Ferroelectric3 Nanoparticles para a Detecção Selectiva da Acetona”, Chem. Mater., 20(15), Pp. 4794 - 4796, 2008.
12. H. Zhang, o H. e J.F. Banfield, “comportamento polimorfo Compreensivo da transformação da fase durante o crescimento do nanocrystalline agregam: Introspecções de TiO2”, Jornal da Química Física B, 104, pp. 3481-3487 2000.
13. P. Gouma, K. Kalyanasundaram, e A. Bispo, de “MOO Nanowires do Único Cristal3 Electrospun para a Bio-Chem detecção sondam”, Jornal da edição especial da Pesquisa, do Nanowires e do Nanotubes dos Materiais, 21(11), pp. 2904-2910, 2006.
14. P. Gouma e G. Sberveglieri, “Materiais e Aplicações Novos dos Narizes e das Línguas Eletrônicos”, SRA. Boletim, 29 (10), pp. 697-700, 2004.
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17. S.Y. Gadre e P. Gouma, de “Cerâmica Biodoped: Síntese, Propriedades E Aplicações”, J. Amer. Ceram. Soc. - Artigo de Fundo Convidado, 89 (10), Pp. 2987 - 3002, 2006.
18. A.S. Haynes e P.I. Gouma, “Electrospun que Conduz Sensores Polímero-Baseados para Detecção Avançada do Micróbio Patogénico”, Jornal dos Sensores de IEEE, 8(6), pp. 701-70, Em junho de 2008.

Copyright AZoNano.com, Professor Perena Gouma (Universidade Estadual do Ribeiro Rochoso de New York (SUNY))

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

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