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感觉的应用 Nanomaterials

Perena 材料学的 Gouma部门 & 工程纽约 (SUNY) 石溪州立大学教授
对应的作者: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

传感器的域包含为捕捉实际,化工或者生物刺激和设备使用的各种各样的材料转换他们成可测量的输出信号。 Nanomaterials 可能使用作为有效的传感元件或感受器官,作为转换的要素 (即电镀或 chemo 机械致动器),和,既使电极在电子电路和动力系统 (即 nanowires)。1,2

Nanomaterials 和传感器发展中心在纽约州立大学这个作者在 2003年设立的石溪和她的在对 nanomaterials 的综合和使用仍然处理,专门化: 金属氧化物、电镀物品有效的聚合物、他们的综合和他们的杂种与原生质 (酵素,肽),主要作为生物/chemical 传感器系统的有效的要素。 Nanomaterials 对抗拒 chemosensing,化工2或生物化学的信号输入导致在有效的要素的电阻的上变化的一个关键换能模式是非常重要。

因为在传感器实质面的气体吸附对抗拒气体检测进程是根本的,使传感器材料的幅员降低到 nanoscale,因而增加他们的表面对数量比例,有改进气体区分的明显的作用a。 在这个文件的许多报表提供了几个数量级在 nanomaterials 气体回应的增量与他们的批量 (ier) 副本比较1,3。 基于 nanomaterials 的 chemiresistors 的回应和恢复时间可能感人地是一样低的象毫秒1-3

a 增加高度有效的要素的电阻的更改在气体的同一浓度的面前

b单晶 “极其”长宽比金属氧化物 nanowires 由 Gouma 教授的研究小组综合通过 electrospinning

c 使用疾病早检测、预防和治疗的纳米技术

Gouma 教授的研究小组做了对设立和解释被观察的气体特异性的唯一摊缴在功能金属氧化物 nanomaterials,例如 TiO2、 MoO3 和 WO3。 使用 crystallo 化学制品途径,显示 nanomaterial (晶体多形体) 的阶段而不是它化学成分,是重要参量控制化学计量学的金属氧化物的亲合力对特定气体分析物4,5。 例如, â 阶段 MoO3 和 ã 阶段 WO3 是有选择性的对氧化一氮 (NO),因为两共用立方体 8 三氧化物结构6。 这不是与有阶段的实际情形3的 MoO- 担当一台高度有选择性的氨探测器的一种唯一,开放正交的晶体结构7

有趣地,有铁电并且做一台3 非常好的丙酮探测器 WO 材料的一个罕知的阶段8。 此阶段热力学上是稳定的下面 -40°C.9由于 nanomanufacturing 的进程的可用性10Gouma 教授的研究小组能稳定此 nanophase 到 RT 和为感觉使用它11。 此 “新颖的” nanomaterial, å 阶段 WO3,与极性气体配合通过 poling 的电介质感觉结构8,11,在气体感觉的真的突破。

因为金属氧化物 nanoscale 综合支持 metastability12,现在有 “少见”阶段可用供气检测和监控的一个工具箱,包括六角 WO3、 anatase 和 brookite TiO2,命名一些。 Furthemore,处理在 1D nanowire 配置的这些 “气体有选择性的”氧化物阶段b 添加被改进的区分到气体特异性13,因而仅一些的检测极限气体分子 (ppb 级别) 信号代谢产物最近达到1-3。 查找的这有 nanomaterials 的 nanomedicine 应用的c 重要涵义。

Nanomaterials 和传感器发展中心在纽约州立大学石溪的作早期工作在的成功的纳米技术中,单呼吸分析诊断引人注意。 电子嗅14 (它是否是电子鼻子或舌头技术),由缺乏有选择性的传感器在一个复杂气体环境里限制歧视气体 (例如呼吸气味)。

使用作为传感元件在 breathanalysis 设备还原的图 1. 陶瓷氧化物 nanoparticles (显示以上) 有选择性监控程序一气体生物标志的浓度为糖尿病监控以一个非侵入性的方式 (版权: P. Gouma, CNSD)。

被描述的基于 nanomaterials 的传感器上面为昂贵和庞大的光学探测器,开发中感觉技术的主要竞争的有选择性的气体提供耗费小的选择15。 可能从细菌感染检测到糖尿病的开/关 nanosensor 设备被展示了和甚而肺癌16。 使用生物被掺杂的 nanostructured 氧化物 (在 MoO 的酵素3)17 或生物nanocomposites (PANI/CAionophores/肽)18 作为传感元件,更加进一步扩展使用 nanomaterials 的范围作为抗拒生理传感器在非侵入性的诊断工具。

总之, nanomaterials 有极大的影响在感觉应用,当他们提供被改进的选择性、区分和迅速回应对生物/chemical 分析物利益。 使用 nanomaterials 的抗拒 chemosensors 启用了新颖耗费小,并且对健康与安全的非侵入性的申请,例如呼吸分析程序,冒汗了测试诊断和其他个性化的医学和保护工具。 完全地依靠杂种 nanowire 技术的自己供电的 nanosensor 设备被构想在不久的将来。


参考

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2. P. Gouma、 D. Kubinski,气体传感器和生物医学的应用的 E. Comini 和 V. Guidi、编辑、 “Nanostructured 材料和杂种综合”,材料研究社团, Warrendale, PA,春天 2006年。
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5. P.I. Gouma, “先进的 Chemosensors 的 Nanostructured 多形氧化物”, Rev.Adv。 Mater。 Sci。, 5,页。 123-138, 2003年。
6. P.I Gouma 和 K. Kalyanasundaram, “氧化一氮的有选择性的 Nanosensing 探测”, Appl。 Phys。 Lett。, 93, 244102, 2008年。
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10. K. Wegner 和 S.E. Pratsinis, “喷管熄灭钛白 nanoparticles 受控火焰综合的进程”, AICHE J., 15,页。 432-436, 2003年。
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12. H. 张、 H. 和 J.F. Banfield, “在 nanocrystalline 期间增长的了解的多形阶段转换工作情况综合: 从 TiO 的答案2”,物理化学 B, 104,页日记帐。 3481-3487 2000年。
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16. P. Gouma、 K. Kalyanasundaram, X. Yun, M. Stanacevic 和 L. Wang, “氨检测的化工传感器和呼吸分析程序在呼气的人力呼吸”, IEEE 传感器,在呼吸分析, 10 (1),页的特别问题。 49-53, 2010年。
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18. A.S. 海恩斯和 P.I. Gouma, “执行先进的病原生物检测的 Electrospun 基于聚合物的传感器”, IEEE 传感器日记帐, 8(6),页。 701-70, 2008年 6月。

版权 AZoNano.com, Perena Gouma (纽约 (SUNY) 石溪) 州立大学教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:08

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