可穿戴气体传感器即将商业化 用于人体健康与环境监测

与需要外部加热器的同类竞争设备不同,研究人员开发的传感器采用了自加热机制,可以提高灵敏度,它允许快速恢复和重复使用设备。

  据外媒报道消息,1月19日,宾夕法尼亚州立大学和东北大学的研究人员开发了一种将很快投入商用的高灵敏度、可穿戴的气体传感器,用于人体健康和环境监测

宾夕法尼亚州立大学和东北大学的研究人员已经开发出一种可穿戴式气体传感器,用于环境和人类健康监测。.png

宾夕法尼亚州立大学和东北大学的研究人员已经开发出一种可穿戴式气体传感器,用于环境和人类健康监测。

  与需要外部加热器的同类竞争设备不同,研究人员开发的传感器采用了自加热机制,可以提高灵敏度,它允许快速恢复和重复使用设备。另外,在无尘室条件下,其他可穿戴传感器需要昂贵且耗时的光刻工艺。

  宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学与材料科学与工程学助理教授程焕宇在大学网站上的一篇文章中说:“人们之所以喜欢使用纳米材料来进行传感,是因为它们的大表面积与体积之比使其具有很高的灵敏度。不过,问题在于,纳米材料不是我们可以轻松连接到电线以接收信号的材料,这就需要一种称为叉指电极的东西,就像手上的手指一样。”

  程焕宇团队使用激光对类似于石墨烯的高度多孔的纳米材料单线进行图案化,以用于检测气体、生物分子以及将来的化学物质的传感器。在设备平台的非传感部分,团队创建了一系列蛇形线条,并用银涂层。当电流施加到银涂层上时,由于电阻显著增大,气体感测区域将局部加热。蛇形线条使设备像弹簧一样拉伸,以适应可穿戴传感器的身体弯曲。

  研究人员使用了还原的氧化石墨烯和二硫化钼,或两者的组合;或由氧化锌的核心和氧化铜外壳组成的金属氧化物复合材料。这些代表了两类广泛使用的低维气体传感器材料和金属氧化物纳米材料。

  程焕宇说:“使用一种经常在机械车间使用的二氧化碳激光器,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,每个传感器对不同的分子有选择性,就像电子鼻一样,在复杂的混合物中解码多种成分。”

  研究人员称,美国国防部减少威胁机构(U.S.Defense Threat Reduction Agency)对这种可穿戴传感器感兴趣,该传感器可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,扩大生产规模,以进行患者健康监测,包括从人体中检测气态生物标志物,以及对可能影响肺部的污染物进行环境检测。

  研究人员说,他们的下一步是创建高密度阵列,并尝试一些改进信号的想法,使传感器更具选择性。这可能涉及到使用机器学习来识别平台上单个分子的不同信号。

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