Nanofiber -sensor registrerer diabetes eller lungekræft hurtigere og lettere

Dagens teknologiske innovation gør smartphone -brugere i stand til hurtigt og effektivt at diagnosticere alvorlige sygdomme som diabetes eller lungekræft ved blot at trække vejret ind i en lille gadget, en nanofiber vejrtrækningssensor, monteret på telefonerne.

Il-Doo Kim, Lektor i materialevidenskab og teknikafdeling ved Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), og hans forskerhold har for nylig udgivet et forsidepapir med titlen "Thin-Wall Assembled SnO2 Fibers Functionalized by Catalytic Pt Nanoparticles and their Superior Exhaled Breath-Sensing Properties for Diagnosis of Diabetes, "i et akademisk tidsskrift, Avancerede funktionelle materialer (20. maj -udgave), om udviklingen af ​​en meget følsom udåndet åndedrætssensor ved hjælp af hierarkisk SnO ₂ fibre, der samles fra rynket tynd SnO ₂ nanorør.

I avisen, forskergruppen præsenterede en morfologisk udvikling af SnO2 -fibre, kaldet mikrofaseseparationer, der finder sted mellem polymerer og andre opløste opløste stoffer ved variation af strømningshastigheden for et elektrospinningopløsningsmateriale og påførelse af en efterfølgende varmebehandling bagefter.

Den morfologiske ændring resulterer i nanofibre, der er formet som en åben cylinder, inden i hvilken tyndfilmede SnO2-nanorør er lagdelt og derefter rullet op. Et antal aflange porer fra 10 nanometer (nm) til 500 nm i længden langs fiberretningen blev dannet på overfladen af ​​SnO2 -fibrene, tillader udåndede gasmolekyler let at trænge igennem fibrene. Den indre og ydre væg af SnO2 -rør er jævnt belagt med katalytiske platin (Pt) nanopartikler. Ifølge forskerholdet, stærkt porøse SnO2 -fibre, syntetiseret ved eletrospinning ved en høj strømningshastighed, viste fem gange højere acetonresponser end for de tætte SnO2-nanofibre, der blev skabt under en lav strømningshastighed. Den katalytiske Pt -belægning forkortede også fibrernes gasresponstid dramatisk.

Åndedrætsanalysen for diabetes er i vid udstrækning baseret på en acetone -ånde -test, fordi acetone er en af ​​de specifikke flygtige organiske forbindelser (VOC), der produceres i menneskekroppen for at signalere starten på bestemte sygdomme. Med andre ord, de er biomarkører til at forudsige visse sygdomme, såsom acetone til diabetes, toluen mod lungekræft, og ammoniak for nyrefunktion. Åndedrætsanalyse til medicinsk evaluering har tiltrukket megen opmærksomhed, fordi den er mindre påtrængende end konventionel lægeundersøgelse, samt hurtig og bekvem, og miljøvenlig, efterlader næsten intet biofarligt affald.

Forskellige gasfølende teknikker er blevet anvendt til at analysere VOC'er, herunder gaskromatografi-massespektroskopi (GC-MS), men disse teknikker er vanskelige at indarbejde i bærbare gas-sensorer i realtid, fordi testudstyret er omfangsrigt og dyrt, og deres drift er mere kompleks. Metaloxidbaserede kemiresistive gassensorer, imidlertid, tilbyde større brugervenlighed til bærbare åndedrætsfølere i realtid.

Il-Doo Kim sagde, "Katalysatorbelastede metaloxid-nanofibre syntetiseret ved elektrospinning har et stort potentiale for fremtidige udåndede åndedrætssensorapplikationer. Fra vores forskning har vi opnåede de resultater, som Pt-coated SnO ₂ fibers are able to identify promptly and accurately acetone or toluene even at very low concentration less than 100 parts per billion (ppb)."

The exhaled acetone level of diabetes patients exceeds 1.8 parts per million (ppm), which is two to six-fold higher than that (0.3-0.9 ppm) of healthy people. Therefore, a highly sensitive detection that responds to acetone below 1 ppm, in the presence of other exhaled gases as well as under the humid environment of human breath, is important for an accurate diagnosis of diabetes. Ud over, Professor Kim sagde, "a trace concentration of toluene (30 ppb) in exhaled breath is regarded to be a distinctive early symptom of lung cancer, which we were able to detect with our prototype breath tester."

The research team has now been developing an array of breathing sensors using various catalysts and a number of semiconducting metal oxide fibers, which will offer patients a real-time easy diagnosis of diseases.