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新型可穿戴式气体传感器有望用于环境和健康监测

2020-01-20 10:50:04 • 来源：

据宾夕法尼亚州立大学和东北大学的研究人员称，一种用于环境和人类健康监测的高度敏感、可穿戴的气体传感器可能很快就会在商业上获得。

该传感器装置是对现有可穿戴传感器的改进，因为它使用了一种提高灵敏度的自加热机制。它允许快速恢复和重用设备。这种类型的其他设计需要外部加热器。此外，其他可穿戴传感器需要在洁净室条件下进行昂贵和耗时的光刻工艺..

手和手臂显示传感器应用于内部写入与移动电话大小的阅读旁边。

人们喜欢使用纳米材料进行传感，因为它们的大表面体积比使它们高度敏感。问题是纳米材料不是我们可以轻易连接到电线来接收信号的东西，这就需要一种叫做交错电极的东西，就像你手上的数字。

潘恩州工程科学与力学及材料科学与工程助理教授程焕宇

程和他的团队使用激光来设计一种类似于石墨烯的高孔单线纳米材料，用于检测气体、生物分子和未来化学物质的传感器。在设备平台的非感应部分，团队创建了一系列蛇纹线，它们用银涂层。当它们将电流施加到银上时，气体传感区域将由于更大的电阻而局部加热，从而消除了对单独加热器的需求。蛇纹线允许设备拉伸，如弹簧，以适应身体的弯曲，可穿戴传感器。

本工作中使用的纳米材料是还原石墨烯氧化物和二硫化钼，或两者的组合；或由氧化锌核心和氧化铜壳组成的金属氧化物复合材料，代表两类广泛使用的气体传感器材料-低维和金属氧化物纳米材料。

他说：“使用二氧化碳激光器，经常在机器商店中发现，我们可以很容易地在我们的平台上制造多个传感器。“我们计划有几十到一百个传感器，每个传感器选择一个不同的分子，就像一个电子鼻，在一个复杂的混合物中解码多个成分。”

据研究人员介绍，美国国防威胁降低局对这种可穿戴传感器感兴趣，以检测可能损害神经或肺部的化学和生物制剂。一家医疗器械公司也正在与该团队合作，扩大用于病人健康监测的生产规模，包括从人体中检测气体生物标志物和对可能影响肺部的污染物进行环境检测。

宁毅是陈家实验室的博士生，也是《材料化学A期刊》在网上发表论文的合著者。他说：“在这篇论文中，我们展示了我们可以检测到车辆排放产生的二氧化氮。我们还可以检测到二氧化硫，它和二氧化氮一起会导致酸雨。所有这些气体都可能是工业安全的问题。”

研究人员说，他们的下一步是创建高密度阵列，并尝试一些想法来改善信号，使传感器更有选择性。这可能涉及使用机器学习来识别平台上单个分子的不同信号。

即将出版的《华尔街日报》的印刷版将刊登这篇带有研究者头像的论文的封底。论文中的其他作者“基于具有自加热能力的可伸缩激光诱导石墨烯图案的新型气敏平台”是客座科学家，也是第一作者李阳；程国群的博士生贾珠；东北大学助理教授洪丽珠和她的学生郑成；彭国邦的化学工程系副教授、博士生新阳尹等。研究人员已经申请了这项工作的临时专利。

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