Różne techniki wykrywania gazu zostały przyjęte do analizy lotnych związków organicznych, w tym chromatografia gazowej sprzężona ze spektroskopią mas (GC-MS). Techniki te są jednak trudne do wykonywania w czasie rzeczywistym. Urządzenia do badań są nieporęczne i drogie, a ich działanie jest bardzo złożone. Czujniki wydychanego gazu, oparte na tlenkach metali oferują większą funkcjonalność i mogą być umieszczane w przenośnych czujnikach, a nawet smartfonach.
Synteza nanowłókien tlenku cyny (SnO2) na cienkich porowatych nanorurkach odbywa się za pomocą kontrolowanej separacji mikrofazowej pomiędzy cynowymi prekursorami oraz polimerem, poprzez zmianę natężenia przepływającego napięcia podczas elektrospiningu oraz późniejszej obróbce cieplnej.
Wewnętrzne i zewnętrzne nanorurki zbudowane z tlenku cyny mają wiele wydłużonych, otwartych porów o długości od 10 nm do 500 nm przebiegających wzdłuż kierunku ułożenia włókien. Umożliwia to szybki transport cząsteczek gazu do całej, cienkościennej warstwy wykrywania.
Tak zbudowane nanorurki pozwalają na wykrywanie w wydychanym powietrzu gazów, takich jak aceton i toluen będących biomarkerami chorób. Nanorurki są dodatkowo pokrywane wewnątrz, równomierną katalityczną powłoką z nanocząstek platyny.
Rys.1. Różnice w budowie nanorurek SnO2 w zależności od metody wytwrzania.
Według zespołu badawczego, silnie porowate nanowłókna SnO2, syntetyzowane przez eletrospinning przy wysokim przepływie, wykazują pięć razy większą czujność na acetonu niż mniej porowate nanowłókna SnO2, tworzone przy niskim natężeniu przepływu. Powłoka katalityczna z platyny skraca czas reakcji włókien oraz zwiększa ich czułość na obecność toluenu.
Te wyniki wskazują na nowy i praktyczny sposób wytwarzania małych i poręcznych czujników na bazie tlenków metali, umożliwiających trafną diagnozę.
„Nanowłókna oparte na tlenkach metali mają wielki potencjał dla przyszłych zastosowań w wytwarzaniuczujników oddechu. Z naszych badań wynika że, pokryte platyną włókna są w stanie zidentyfikować szybko i dokładnie aceton lub toluen, nawet przy bardzo niskim stężeniu poniżej 100 części na miliard (ppb)” — twierdzi prof. Il-Doo Kim.
„Poziom wydychanego acetonu u chorych na cukrzycę przekracza 1,8 części na milion (ppm), jest to 5,58-krotnie wyższy poziom niż u zdrowych ludzi (0,3-0,9 ppm). W związku z tym, bardzo czułe czujniki wykrywające, aceton poniżej 1 ppm, w obecności innych wydychanych gazów w wilgotnym środowisku ludzkiego oddechu, są ważne dla dokładnego rozpoznania cukrzycy.” Ponadto profesor Kim dodaje: „Stężenie toluenu 30 ppb, które jest uważana za charakterystyczny, wczesny objaw raka płuca, byliśmy w stanie wykryć naszym prototypem testera oddechu.”
Zespół badawczy zajmuję się badaniami nad szeregiem różnych czujników z oddychaniem, w których wykorzystywane są odmienne katalizatory i włókna tlenków metali.
Anita Kunikowska
Źródło:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201202729/pdf
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130611111706.htm
KOMENTARZE