用于健康监测的可穿戴气体传感器

可穿戴式气体传感器可以监测环境和人体健康状况。

资料来源:Jennifer McCann/宾夕法尼亚州立大学

该传感器平台是对现有可穿戴传感器的改进，因为它使用了自加热机制，提高了灵敏度，并允许平台的快速恢复和重用。其他传感器平台需要外部加热器。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。

宾夕法尼亚州立大学工程科学、力学和材料科学与工程助理教授程环宇说:“人们喜欢使用纳米材料进行传感，因为它们的表面体积比大，使它们具有高度的灵敏性。”“问题是，这种纳米材料不是我们可以轻易用导线连接起来接收信号的东西，因此需要一种叫做交错电极的东西，就像你手上的手指一样。”

在他们的新工作中，Cheng和他的团队使用激光来为气体、生物分子和未来的化学传感使用一种类似于石墨烯的高多孔单线纳米材料。在平台的非感应部分，他们创造了一系列的蛇形线条，并镀上银色。当他们施加电流时，气体感应区域会因其明显较大的电阻而局部升温，从而不需要加热器。蛇形的线条让平台可以像弹簧一样伸缩，以适应身体的弯曲，以实现可穿戴传感器。

纳米材料用于这项工作是减少氧化石墨烯和二硫化钼,或两者的结合,或金属氧化物组成的复合氧化锌的核心和壳的铜氧化物、代表广泛使用的气体传感器材料的两个类(例如,低维金属氧化物纳米材料)。Cheng说:“使用机器车间常见的二氧化碳激光器，我们可以很容易地在平台上制造多个传感器。”“我们计划安装几十到100个传感器，每个传感器都能选择不同的分子，就像电子鼻一样，来解码复杂混合物中的多个成分。”

美国国防威胁减少署(DTRA)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。一家医疗设备公司也在与该团队合作，扩大病人健康监测的生产规模，包括从人体检测气体生物标志物和对可能影响肺部的污染物的环境检测。

陈实验室的博士生宁毅(音)是一篇发表在《材料化学杂志a》(Journal of Materials Chemistry a)网络版上的新论文的联合首席作者，他说:“在这篇论文中，我们证明了我们可以检测到由汽车尾气产生的二氧化氮。我们还可以检测到二氧化硫，它和二氧化氮一起导致酸雨。所有这些气体都可能成为工业安全的问题。”

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，使传感器更具选择性。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。