感覺的應用 Nanomaterials

Perena 材料學的 Gouma部門 & 工程紐約 (SUNY) 石溪州立大學教授
對應的作者: pgouma@notes.cc.sunysb.edu

傳感器的域包含為捕捉實際,化工或者生物刺激和設備使用的各種各樣的材料轉換他們成可測量的輸出信號。 Nanomaterials 可能使用作為有效的傳感元件或感受器官,作為轉換的要素 (即電鍍或 chemo 機械致動器),和,既使電極在電子電路和動力系統 (即 nanowires)。1,2

Nanomaterials 和傳感器發展中心在紐約州立大學這個作者在 2003年設立的石溪和她的在對 nanomaterials 的綜合和使用仍然處理,專門化: 金屬氧化物、電鍍物品有效的聚合物、他們的綜合和他們的雜種與原生質 (酵素,肽),主要作為生物/chemical 傳感器系統的有效的要素。 Nanomaterials 對抗拒 chemosensing,化工2或生物化學的信號輸入導致在有效的要素的電阻的上變化的一個關鍵換能模式是非常重要。

因為在傳感器實質面的氣體吸附對抗拒氣體檢測進程是根本的,使傳感器材料的幅員降低到 nanoscale,因而增加他們的表面對數量比例,有改進氣體區分的明顯的作用a。 在這個文件的許多報表提供了幾個數量級在 nanomaterials 氣體回應的增量與他們的批量 (ier) 副本比較1,3。 基於 nanomaterials 的 chemiresistors 的回應和恢復時間可能感人地是一樣低的像毫秒1-3

a 增加高度有效的要素的電阻的更改在氣體的同一濃度的面前

b單晶 「極其」長寬比金屬氧化物 nanowires 由 Gouma 教授的研究小組綜合通過 electrospinning

c 使用疾病早檢測、預防和治療的納米技術

Gouma 教授的研究小組做了對設立和解釋被觀察的氣體特異性的唯一攤繳在功能金屬氧化物 nanomaterials,例如 TiO2、 MoO3 和 WO3。 使用 crystallo 化學製品途徑,顯示 nanomaterial (晶體多形體) 的階段而不是它化學成分,是重要參量控制化學計量學的金屬氧化物的親合力對特定氣體分析物4,5。 例如, â 階段 MoO3 和 ã 階段 WO3 是有選擇性的對氧化一氮 (NO),因為兩共用立方體 8 三氧化物結構6。 這不是與有階段的實際情形3的 MoO- 擔當一臺高度有選擇性的氨探測器的一種唯一,開放正交的晶體結構7

有趣地,有鐵電并且做一臺3 非常好的丙酮探測器 WO 材料的一個罕知的階段8。 此階段熱力學上是穩定的下面 -40°C.9由於 nanomanufacturing 的進程的可用性10Gouma 教授的研究小組能穩定此 nanophase 到 RT 和為感覺使用它11。 此 「新穎的」 nanomaterial, å 階段 WO3,與極性氣體配合通過 poling 的電介質感覺結構8,11,在氣體感覺的真的突破。

因為金屬氧化物 nanoscale 綜合支持 metastability12,現在有 「少見」階段可用供氣檢測和監控的一個工具箱,包括六角 WO3、 anatase 和 brookite TiO2,命名一些。 Furthemore,處理在 1D nanowire 配置的這些 「氣體有選擇性的」氧化物階段b 添加被改進的區分到氣體特異性13,因而仅一些的檢測極限氣體分子 (ppb 級別) 信號代謝產物最近達到1-3。 查找的這有 nanomaterials 的 nanomedicine 應用的c 重要涵義。

Nanomaterials 和傳感器發展中心在紐約州立大學石溪的作早期工作在的成功的納米技術中,單呼吸分析診斷引人注意。 電子嗅14 (它是否是電子鼻子或舌頭技術),由缺乏有選擇性的傳感器在一個複雜氣體環境裡限制歧視氣體 (例如呼吸氣味)。

使用作為傳感元件在 breathanalysis 設備還原的圖 1. 陶瓷氧化物 nanoparticles (顯示以上) 有選擇性監控程序一氣體生物標誌的濃度為糖尿病監控以一個非侵入性的方式 (版權: P. Gouma, CNSD)。

被描述的基於 nanomaterials 的傳感器上面為昂貴和龐大的光學探測器,開發中感覺技術的主要競爭的有選擇性的氣體提供耗費小的選擇15。 可能從細菌感染檢測到糖尿病的開/關 nanosensor 設備被展示了和甚而肺癌16。 使用生物被摻雜的 nanostructured 氧化物 (在 MoO 的酵素3)17 或生物nanocomposites (PANI/CAionophores/肽)18 作為傳感元件,更加進一步擴展使用 nanomaterials 的範圍作為抗拒生理傳感器在非侵入性的診斷工具。

總之, nanomaterials 有極大的影響在感覺應用,當他們提供被改進的選擇性、區分和迅速回應對生物/chemical 分析物利益。 使用 nanomaterials 的抗拒 chemosensors 啟用了新穎耗費小,并且對健康與安全的非侵入性的申請,例如呼吸分析程序,冒汗了測試診斷和其他個性化的醫學和保護工具。 完全地依靠雜種 nanowire 技術的自己供電的 nanosensor 設備被構想在不久的將來。


參考

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版權 AZoNano.com, Perena Gouma (紐約 (SUNY) 石溪) 州立大學教授

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

Last Update: 14. June 2013 01:12

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