طراحی نانوحسگر برای آنالیز ترکیبات موجود در بازدم - مجله آی سیب

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران، یک گروه تحقیقاتی به تازگی با انتشار مقاله ای در مجله Sensors and Actuators A: Physical، اثربخشی دستگاه های حسگر ترکیبی آلی فرار (VOC) حاوی لایه نازک اکسید فلزی را در نظارت بر غلظت VOC نشان دادند.

تجزیه و تحلیل بازدم به علت پتانسیل آن در پزشکی دقیق و تشخیص زودهنگام بیماری ها مورد توجه گسترده جامعه علمی نهاده شده است. این تجزیه و تحلیل غیر تهاجمی چندین مزیت مانند تشخیص کمی/کیفی بیماری و کارایی هزینه را ارائه می دهد.

تجزیه و تحلیل غلظت VOC در بازدم می تواند به نظارت بر شرایط متابولیک و تشخیص بیماری یاری کند. با این حال، تشخیص یک VOC خاص با غلظت در محدوده ppb/ppm با استفاده از روش های مرسوم سخت است.

در حسگر های فیبر نوری، روش موج ناپایدار اصلاح شده با روکش معمولاً برای بهبود عملکرد حسگر استفاده می گردد. در این روش، بخش کوچکی از روکش برداشته شده و با یک لایه نانوذره ای (NP) جایگزین می گردد. اگرچه لایه های حسگر NP بسیار حساس هستند و ساخت آن ها آسان است، اما پایداری کمتر و تکرارپذیری پایینی دارند.

نیمه هادی های اکسید فلز (MOSs) به علت پایداری حرارتی و شیمیایی بالا و نسبت سطح به حجم بالا، مناسب تر از NP ها هستند. به طور خاص، نیمه هادی های باند پهن نوع n مانند اکسید قلع (SnO 2) و اکسید روی (ZnO) به طور گسترده به عنوان لایه های حسگر برای تشخیص VOC استفاده می شوند، زیرا دارای شرایط نوری مناسب، مانند ضریب شکست بالاتر، برای سنجش هستند.

عملکرد حسی اکسید های فلزی را می توان با دوپ کردن آن ها با نانوذرات فلزی مانند آلومینیوم (Al) بیشتر بهبود بخشید.

در این مطالعه، محققان لایه های نازکی از SnO 2، ZnO، و اکسید روی آلاییده شده با آلومینیوم (AZO) را روی یک هسته فیبر نوری بدون پوشش برای ساخت پروب های حسگر VOC پوشش دادند و عملکرد پروب های حسگر را در برابر چندین غلظت VOC آنالیز کردند.

دستگاه بیضی سنج، طیف سنجی مرئی ماوراء بنفش (UV-Vis)، پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی پراکنده انرژی (EDS)، و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای توصیف لایه های نازک اکسید فلزی رسوب شده استفاده شد.

ویژگی های طیفی، تغییرات شدت، و پاسخ حسگر پروب های حسگر ساخته شده در برابر VOC های مختلف که شامل ایزوپروپانول (IPA)، اتانول، استوفنون و استون در غلظت های 0-250 ppm هستند، مورد ارزیابی نهاده شد.

تصاویر SEM رسوب کندوپاش یکنواخت اکسید های فلزی را بر روی بخش بدون پوشش فیبر نوری نشان دادند. نتایج نشان داد که دانه های سطحی لایه های حسگر نیز به طور یکنواخت توزیع شده بودند، آنالیز لایه های اکسیدروی، AZO و SnO 2 فیلم های 55 نانومتر، 70 نانومتر و 44 نانومتر را نشان داد.

شکاف باند نوری SnO 2، AZO و ZnO به ترتیب 3.89 eV، 3.35 eV و 3.48 eV بود. مقاومت خروجی تمام پروب های حسگر پس از عبور از محفظه حسگر حاوی 250 ppm IPA کاهش یافت. تمام پروب های حسگر در شرایط بازتاب داخلی جزئی کار می نمایند.

پروب حسگر پوشش داده شده با SnO 2 پاسخ حسگر بهتری را در مقایسه با سایر فیلم های نازک نشان داد. پاسخ حسگر تا 21.2 درصد برای IPA، با زمان بازیابی و زمان پاسخ ایده آل به ترتیب 21 و 17 ثانیه به دست آمد.

عملکرد SnO 2 به مدت هفت روز با انحراف خطای قابل قبول 6.6 درصد از روز اول نسبتاً پایدار باقی ماند. حد تشخیص پروب حسگر پوشش داده شده با SnO 2، 300 ppb بود.

در مجموع، یافته های این مطالعه نشان داد که حسگر های VOC فیبر نوری با لایه نازک اکسید فلز، به ویژه حسگر های پوشش داده شده با SnO 2، می توانند به طور موثر غلظت VOC را در طیف وسیعی از کاربرد های زیست پزشکی مقدار گیری نمایند.