Nanomaterials для Воспринимать Применения

Профессор Perena Gouma, Отдел Науки Материалов & Инджиниринг, Государственный Университет Ручейка Нью Йорка (SUNY) Каменистого
Соответствуя автор: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

Поле датчиков включает большое разнообразие материалов и приборов используемых для захватывать стимулы медицинского осмотра, химических или биологических преобразовывая их к измеряемый выходным сигналам. Nanomaterials могут быть использованы как активные чувствительные элементы или приемные устройства, как transducing компоненты (например electro или chemo-механически приводы), и как только электроды в электронных сетях и электрических системах (например nanowires).1,2

Центр для Nanomaterials и Развития Датчика на Государственном Университете Нью Йорка на Каменистом Ручейке который автор установил в 2003 и ей все еще направляет, специализирует на синтезе и пользе nanomaterials: окиси металла, electro-активные полимеры, их смеси, и их гибриды с биомолекулами (энзимами, пептидами), главным образом как активные элементы систем датчика bio-/chemical. Nanomaterials очень важны к сопротивляющий chemosensing2, ключевой режим transduction в котором химические или биохимические сигналы ввода наводят изменения в электрическом сопротивлении активного элемента.

В Виду Того Что адсорбция газа на поверхностях материалов датчика основная к сопротивляющему процессу обнаружения газа, уменьшение размерности материалов датчика к nanoscale, таким образом увеличивающ их поверхность к коэффициенту тома, имеет очевидное влияние улучшать чувствительность газаa. Многочисленние рапорты в литературе документировали несколько увеличений порядков величины в реакции газа nanomaterials сравненных к их навальным двойникам (ier)1,3. Реакция и время восстановления nanomaterials-основанных chemiresistors могут быть импрессивно как низки как миллисекунды1-3.

a увеличивать амплитуду изменения электрического сопротивления активного элемента в присутствии к такой же концентрации газа

bnanowires окиси металла одиночного кристалла «весьма» коэффициента сжатия были синтезированы исследовательской группой Профессора Gouma's посредством electrospinning

c польза нанотехнологии для раннего выявления, предохранения и лечения заболеваний

Исследовательская группа Профессора Gouma делала уникально вклады к устанавливать и объяснять наблюдаемую характерность газа в функциональных nanomaterials окиси металла, как TiO2, MoO3 и WO3. Используя кристаллохимический подход, показано что участок nanomaterial (кристаллографического полиморфа) вернее чем химический состав, критический параметр контролируя сродство стехиометрической окиси металла к специфическому газообразному analyte4,5. Например, и â-участок MoO3 и ã-участок WO3 селективные к азотоводородной окиси (NO), потому что оба доля кубическая структура триокиси рения6. Это нет случая с -участком MoO3 имея уникально, открытую orthorhombic кристаллическую структуру которая служит как сильно селективный детектор амиака7.

Интересно, малоизвестный участок материала3 WO который ferroelectric и делает превосходный детектор ацетона8. Этот участок термодинамически стабилизированные внизу Спасибо9-40°C. наличие nanomanufacturing процессов10, исследовательская группа Профессора Gouma's могла стабилизировать это nanophase к RT и использовать ее для воспринимать11. Этот «романный» nanomaterial, å-участок WO3, взаимодействует с приполюсными газами через диэлектрик poling воспринимающ механизм8,11, истинный прорыв в воспринимать газа.

По Мере Того Как синтез nanoscale окисей металла благоволит к metastability12, toolbox «редких» участков теперь доступных для того чтобы наполнить газом обнаружение и контроль, включая шестиугольные WO3, anatase и brookite TiO2, для того чтобы назвать несколько. Furthemore, обрабатывая эти «газ-селективные» участки окиси в конфигурациях nanowire 1Db добавляет улучшенную чувствительность к характерности газа13, таким образом пределы обнаружения только несколько молекулы газа (уровни ppb) метаболитов signaling были достиганы недавно1-3. Это находя имеет важные прикосновенности для примененийc nanomedicine nanomaterials.

Среди успешных нанотехнологий которые Центр для Nanomaterials и Развития Датчика на Государственном Университете Нью Йорка на Каменистом Ручейке pioneered, одиночных - диагностики анализа дыхания стоят вне. Электронное Обоняние14 (ли электронные технологии носа или языка), было ограничено отсутсвием селективных датчиков для того чтобы различить газы в сложной окружающей среде газа (как запах дыхания).

Диаграмма 1. Керамические nanoparticles окиси которая использована как чувствительные элементы в прототипе прибора breathanalysis (показанном выше) что мониторы выборочно концентрация газообразного biomarker для контроля мочеизнурения в неинвазивном образе (авторском праве: P. Gouma, CNSD).

Nanomaterials-основанные алтернативы описываемый выше предложения датчиков недорогие к дорогим и громоздким оптически детекторам, газу основы состязаясь селективному воспринимая технологию под развитием15. Были продемонстрированы Включено-выключено приборы nanosensor которые могут обнаружить от бактериальной инфекции к мочеизнурению, и даже рак легких16. Используя био-данные допинг nanostructured окиси (уреазу в MoO3)17 или био-nanocomposites (пептиды PANI/CAionophores/)18 как чувствительные элементы, более дальнейшие расширяет объем использования nanomaterials как сопротивляющие биосенсоры в неинвазивных диагностических инструментах.

В сводке, nanomaterials имеют большущий удар в воспринимать применения по мере того как они предлагают улучшенную селективность, чувствительность, и быструю реакцию к analytes bio-/chemical интереса. Сопротивляющие chemosensors используя nanomaterials включали романное недорогое и неинвазивные применения для здоровья и безопасности, как анализаторы дыхания, вспотели диагностики испытания, и другие персонализированные инструменты медицины и предохранения. Selfpowered приборы nanosensor полагаясь вполне на гибридной технологии nanowire envisioned на близкое будующее.


Справки

1. P. Gouma, Nanomaterials для Химических Датчиков и Биотехнологии, Лотка Стэнфорда Опубликовывая, 2009.
2. P. Gouma, D. Kubinski, E. Comini, и V. Guidi, eds, «Материалы Nanostructured и Гибридные Смеси для Датчиков Газа и Биомедицинских Применений», Материалы Исследуют Общество, Warrendale, PA, Весну 2006.
3. G. Shen, ПК. Chen, K. Ryu, и C. Zhou, «Приборы и Химикат Воспринимая Применения Окиси Металла Nanowires, Журнала Химии Материалов, 19, pp. 828-839, 2009.
4. P.I. Gouma, A.K. Prasad, и K.K. Iyer, «Селективное Nanoprobes для Сигнализировать Наполняют Газом», Нанотехнология, 17, pp. S48-S53, 2006.
5. P.I. Gouma, «Окиси Nanostructured Polymorphic для Предварительного Chemosensors», Rev.Adv. Mater. Sci., 5, pp. 123-138, 2003.
6. P.I Gouma и K. Kalyanasundaram, «Селективный Зонд Nanosensing для Азотоводородной Окиси», Appl. Phys. Lett., 93, 244102, 2008.
7. A.K. Prasad, D. Kubinski, и P.I. Gouma, «Сравнение Sol-Геля и RF Sputtered Датчики3 Газа Тонкого Фильма MoO для Селективного Обнаружения Амиака», Датчики & Приводы B, 9, pp.25-30, 2003.
8. Lisheng Wang, «Портняжничало Синтез и Характеризацию Селективного Metabolitedetecting Nanoprobes для Handheld Анализа Дыхания», тезис Ph.D., Ручеек SUNY Каменистый, Декабрь 2008.
9. B.T. Matthias и E.A. Древесина, «преобразование Низкой температуры polymorphic в WO3». Phys. Rev., 84(6), pp. 1255-1255, 1951.
10. K. Wegner и S.E. Pratsinis, «Сопл-Гасящ процесс для контролируемого синтеза пламени nanoparticles titania», J. AICHE, 15, pp. 432-436, 2003.
11. L. Wang, A. Teleki, S.E. Pratsinis, и P.I. Gouma, «Ferroelectric WO3 Nanoparticles для Обнаружения Ацетона Селективного», Chem. Mater., 20(15), Pp. 4794 до 4796, 2008.
12. H. Zhang, H. и J.F. Banfield, «Понимая polymorphic поведение преобразования участка во время роста nanocrystalline суммируют: Проницательности от TiO2», Журнал Физической Химии B, 104, pp. 3481-3487 2000.
13. P. Gouma, K. Kalyanasundaram, и A. Епископ, «MoO Nanowires Electrospun Одиночного3 Кристл для Био-Chem воспринимать зондируют», Журнал специального выпуска Исследования, Nanowires и Nanotubes Материалов, 21(11), pp. 2904-2910, 2006.
14. P. Gouma и G. Sberveglieri, «Романные Материалы и Применения Электронных Носов и Языков», MRS Бюллетень, 29 (10), pp. 697-700, 2004.
15. M.R. McCurdy, Y. Bakhirkin, G. Wysocki, R. Lewicki, и F.K. Tittel, «Недавние Выдвижения в Лазер-спектроскопи-Основанные Методы для Применений в Анализе Дыхания», J. Дыхание Res., 1, 014001, pp. R1-R12, 2007.
16. P. Gouma, K. Kalyanasundaram, X. Yun, M. Stanacevic и L. Wang, «Химический Анализатор Датчика и Дыхания для Обнаружения Амиака в Выделенном Людском Дыхании», Датчики IEEE, Специальный Выпуск на Анализе Дыхания, 10 (1), pp. 49-53, 2010.
17. S.Y. Gadre и P. Gouma, «Керамика Biodoped: Синтез, Свойства И Применения», J. Amer. Ceram. SOC. - Приглашенный Очерк, 89 (10), Pp. 2987 до 3002, 2006.
18. A.S. Haynes и P.I. Gouma, «Electrospun Дирижируя Полимер-Основанные Датчики для Предварительного Обнаружения Патогена», Журнал Датчиков IEEE, 8(6), pp. 701-70, Июнь 2008.

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Perena Gouma (Государственный Университет Ручейка Нью Йорка (SUNY) Каменистого)

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

Last Update: 14. June 2013 01:51

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