ACS Nano：高灵敏“鼻子”有望嗅出多种人类疾病
日前，刊登在国际杂志ACS Nano上的一篇研究报告中，来自德雷塞尔大学和韩国科学技术研究所的研究人员通过研究开发出了一种二维金属材料MXene，其或能作为一种高灵敏的化学气体检测器，同时也能让科学家门所拥有的“化学鼻子”变得更加敏感。
图片来源：catt-perry.polyvore.com
研究者发现，MXene能够捕捉诸如氨和丙酮等化学物质，这些物质是溃疡和糖尿病的指示器，相比目前医学诊断领域所使用的传感器而言，这种新型材料能够捕捉到微量的化学物；Yury Gogotsi博士说道，MXene是研究人员之前报道过的一种最敏感的气体传感器，这项研究非常重要，因为其扩大了研究人员对普通气体探测的范围，同时也能帮助研究者检测到之前无法检测到的极低浓度的化学物质，这种高灵敏性的设备或有望用来检测环境中释放的化学物质或毒性气体。
文章中，研究人员深入探究了碳化钡MXene的气体感知特性，其所具有的优秀的搜索侦查能力关键在于，MXene具有较高的导电性，还能够测量化学物质的电导率。在化学传感器的世界中，这种被称之为“信噪比”的参数常常用来对传感器的质量进行排名评估，而研究人员的目标则是获得更多的信号及更少的噪音。在当今医学领域，用于检测丙酮、乙醇和丙醇的医疗设备的信噪比处于3-10之间，而MXene的信噪比则位于170-350之间，这依赖于所检测化学物质的不同。
研究者Gogotsi说道，如果给予较强的信号，化学物质能对气体产生反应，同时兼具导电性和低电噪声，那么这种传感器就能检测极低浓度的气体，因为其信噪比较高，而MXene的表现比较优越；MXene能够检测在每10亿范围内50-100个部分的气体，其浓度低于当前传感器检测糖尿病和其它健康状况的气体浓度极限。
敏感性的水平对于疾病的检测非常重要，除了溃疡和糖尿病，呼吸分析目前也能帮助研究人员开发治疗多种疾病的新手段，包括多种类型的癌症、肝硬化、多发性硬化症和肾脏疾病，如果指示这些疾病的化学指示器处于较低水平，那么其在早期阶段就很有可能被有效诊断出来。
为何MXene会优于常规的传感器材料？研究者表示，这主要在于MXene内部的多孔结构和化学组成，这种材料既能允许气体分子在其表面移动，又能吸附特定的化学物质，从而表现出良好的选择性，从2011年发现这种特殊材料后，研究人员就已经利用这种材料开发出了20多种不同的化学材料，也就意味着这些材料能被用来开发检测多种类型气体的特殊传感器。
研究者表示，未来Mxene传感器或能在环境监测、能量获取及储存和健康领域扮演着重要的角色；下一步研究人员还将基于本文研究结果，开发出高敏感性的新型传感器，来有效检测多种不同类型的气体，同时研究人员还希望能够开发出在每个人手机中使用的个体化传感器，来监测机体的代谢、睡眠或锻炼等，利用新材料来改善检测灵敏性或许就能帮助研究人员开发出真正强大的新型传感器设备。
原始出处：Kim SJ, Koh HJ, Ren CE, et al. Metallic Ti3C2Tx MXene Gas Sensors with Ultrahigh Signal-to-Noise Ratio. ACS Nano. 2018 Jan 25. doi:10.1021/acsnano.7b07460
文章来源：生物谷
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