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3d打印传感器可以使糖尿病的呼气测试成为可能
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/3/10

显微镜下的传感器表面:研究小组从金属微粒中生长出细小的线和尖峰,这些金属微粒特别擅长捕获气体分子。


高灵敏度传感器的生产是一个复杂的过程:它需要许多步骤和特殊洁净室几乎无尘的环境。来自基尔大学 (cau) 材料科学和摩尔多瓦技术大学生物医学工程的研究小组现已开发出一种使用 3d 打印生产灵敏和节能的传感器的程序。该团队近期在的专业期刊《纳米能源》上解释说,这种简单且具有成本效益的生产方法也适用于工业生产. 他们在这里展示的传感器能??够使用纳米级的特殊结构准确测量丙酮蒸气的浓度。由于呼气中的丙酮浓度与血糖水平相关,研究小组希望朝着为糖尿病患者生产呼气测试迈出一步,该测试可以取代通过手指刺伤他们的血糖水平的日常检查。


更大的表面使传感器更灵敏

新型传感器的特殊表面在高分辨率电子显微镜下可见:像丙酮这样的气体分子特别容易缠绕在直径仅为 20 纳米左右的纳米线丛中。纳米线/尖峰增加了传感器表面的尺寸,因此产生了高水平的灵敏度。“为了制造这种特殊结构,我们加热简单的金属微粒,直到在它们上面形成许多细纳米线和纳米尖峰。通过专门开发的墨水,我们可以使用 3-d 打印机将这些颗粒准确地应用于各种表面,”leonard siebert 解释说所谓的“直接墨水写作”。作为 cau 功能纳米材料工作组的博士研究员,他正在研究 3-d 打印等增材生产技术。


丙酮和其他气体的多方面程序

由于其特殊的传感器概念,研究中提出的自动 3d 打印过程可以在正常环境空气中执行。通过这种方式,可以在几分钟内同时创建多个传感器,而过去在洁净室中需要几个小时才能完成。起始材料也可以有针对性地改变,改变尺寸和结构,并能够检测某种气体。基尔大学工作组负责人 rainer adelung 教授坚信:“这仍然是首要的基础研究,但这一原理未来可用于开发氢气或其他bz性和危险气体的传感器。”


作为传感器起始材料的金属颗粒具有一定的尺寸,以形成特殊的导线和纳米尖峰。“表面和体积之间正确的高比率至关重要,”摩尔多瓦技术大学生物医学工程的 oleg lupan 博士解释说。作为洪堡研究员,他作为基尔工作组的一部分研究了这个过程六个月。对传感器的灵敏度有利的因素在其生产中被证明是一项挑战:而较小的颗粒可以使用已建立的技术(例如喷涂或真空蒸发系统)轻松地将其应用于表面,但此处使用的微粒已经太大了,无法做到这一点。“出于这个原因,我们考虑使用 3d 打印机来应用微粒,”材料科学家 siebert 说。“摩尔多瓦技术大学同事的材料和设备知识与我们在纳米材料和 3d 打印方面的经验相得益彰。”


能源效率使移动应用成为可能

当有机分子遇到成品传感器中的众多导线时,它们会相互产生强烈反应。通过这样做,它们会改变传感器的电阻并释放清晰可测量的信号。然而,原则上,只有少量的电流通过细线。“所以我们的传感器只使用很少的能量,”卢潘解释说。“这也使得小型便携式测量设备成为可能,例如,可以通过智能手机直接读取。”


研究人员希望这可以使传感器在未来用于糖尿病患者的移动便携式呼气测试中。糖尿病患者无需每天通过手指刺几次来检查血糖水平,而是可以测量呼吸中的丙酮含量。当缺乏胰岛素时会产生代谢产物,并通过呼吸排出。该研究报告称,高度敏感的传感器可以确定低于 1 ppm(每百万空气分子中的粒子数)的丙酮值,而 i 型或 ii 型糖尿病患者的呼吸中丙酮含量超过 2 ppm。


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