Metal@ZnO-WO3复合纳米纤维微结构调控及对人呼气检测研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901293
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Human breath detection is a diagnostic method which is based on the principle of disease, and detects the components and content of disease-related metabolic exhaled gas. This non-invasive medical test can achieve real-time online and low-cost self-health monitoring. To ensure the accuracy and long-term stability of gas sensor detection, the most critical factor is the design of sensitive materials. This project is based on the human breath detection gas sensor, around the main line of improving sensitivity, detection limit, cross-selectivity, and moisture resistance, which improves the gas sensitivity of sensitive materials through structural modulation and surface modification. Metal@ZnO-WO3 composite oxide nanofibers with multi-stage pore structure, small particle size and uniform distribution are prepared by electrospinning and water-steam treatment. The variation of the grain size, noble metal nanoparticle dispersion, multi-stage pore structure and double heterojunction on the resistance and sensitivity of the sensor are systematically studied. The gas sensitivity enhancement mechanism is revealed from the structural regulation and surface modification. The improvement effect of moisture resistance of the sensor is explored after introducing moisture filter layer on the surface of sensitive layer. This project provides theoretical guidance and technical support for the bottom-up design of MOS gas sensor for human breath detection, and lays a research foundation for improving the detection performance of MOS gas sensor in clinical diagnosis of exhalation.
人呼气检测是从疾病原理出发,探测与疾病相关的代谢呼出气体成分和含量诊断方法,这种非侵入式的医疗检测可做到实时在线低成本的自我健康状况监测。为保证气体传感器检测的准确性和长期稳定性,最关键因素是敏感材料设计。本项目基于人呼气检测气体传感器,围绕改善灵敏度、检测限、交叉选择性、和抗湿性这一主线,通过结构调控和表面修饰提高敏感材料的气敏特性。利用静电纺丝和水蒸气热处理制备出具有多级孔结构、晶粒尺寸小且贵金属纳米颗粒均匀分布的Metal@ZnO-WO3复合氧化物纳米纤维。系统研究不同晶粒尺寸、贵金属纳米颗粒分散度、多级孔结构和双异质结对传感器灵敏度变化规律,从结构调控和表面改性揭示气敏增强机制。探索在敏感层表面引入水分过滤层对传感器的抗湿性改善。为能够自下而上设计金属氧化物半导体气敏传感器用于人体呼气检测提供理论指导和技术支持,为提升其在呼气临床诊断方面的性能检测奠定研究基础。

结项摘要

高性能的气体传感器对人体健康和生命安全具有重要意义。本项目基于人呼气检测的半导体氧化物(MOS)气体传感器,围绕改善灵敏度、选择性和抗湿性等开展了系统研究,通过结构调控和表面修饰提高敏感材料的气敏特性。项目实施过程中,分别通过形貌调控,掺杂改性,贵金属负载修饰,MOFs材料造孔等提升材料的气体敏感性能。制备出一维WO3纳米纤维,菱面体In2O3微球及不同分层结构的ZnO气敏材料对丙酮的响应。进一步通过构建异质结Mn3O4/WO3、PANI–LaFeO3、ZnO/SnO2、In2O3/CuO提高复合材料的气敏性能和抗湿性。基于研究结果探究了金属氧化物基半导体气体传感器的物理和化学机制,深入说明其气敏增强机理,对为进一步自下而上设计 MOS 传感器应用于人呼气疾病检测提供可行性方案。在本项目支持下,共发表SCI论文10篇,中文核心2篇,申请专利1项,培养研究生6名。以上均达到预期指标。本项目的提出和结果带动了国内外多个课题组开展了相关研究,而且目前关于呼气检测气敏传感器方向已成为当下气体传感领域的研究热点之一。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Hydrothermal synthesis of cubic-rhombohedral-In2O3 microspheres with superior acetone sensing performance
水热合成具有优异丙酮传感性能的立方菱面体In2O3微球
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2022.156045
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Ensi Cao;Linjie Wu;Yongjia Zhang;Li Sun;Zhichao Yu;Zhongquan Nie
  • 通讯作者:
    Zhongquan Nie
Advances in engineering perovskite oxides for photochemical and photoelectrochemical water splitting
用于光化学和光电化学水分解的钙钛矿氧化物工程进展
  • DOI:
    10.1063/5.0039197
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Applied Physics Reviews
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Zheyan Wang;Hao Huang;Gang Li;Xiaohui Yan;Zhichao Yu;Kaiying Wang;Yucheng Wu
  • 通讯作者:
    Yucheng Wu
改性TiO2@C异质结构建及其光电特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    微纳电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔泽岳;许剑锋;王亮;余志超
  • 通讯作者:
    余志超
Rapid and Stable Detection of Carbon Monoxide in Changing Humidity Atmospheres Using Clustered In2O3/CuO Nanospheres
使用簇状 In2O3/CuO 纳米球快速稳定地检测湿度变化的大气中的一氧化碳
  • DOI:
    10.1021/acssensors.9b02557
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Sensors
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Yongjiao Sun;Zhenting Zhao;Koichi Suematsu;Pengwei Li;Zhichao Yu;Wendong Zhang;Jie Hu;Kengo Shimanoe
  • 通讯作者:
    Kengo Shimanoe
A comparative study on the acetone sensing properties of ZnO disk pairs, flowers, and walnuts prepared by hydrothermal method
水热法制备ZnO圆盘对、花和核桃丙酮传感性能的比较研究
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2022.153218
  • 发表时间:
    2022-04-02
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Jing, Rishuang;Khursheed, Abraar Ibni;Cao, Ensi
  • 通讯作者:
    Cao, Ensi

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其他文献

四轮独立驱动电动车横摆力矩控制研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    汽车工程师
  • 影响因子:
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  • 作者:
    曹天琳;李刚;余志超;姬晓
  • 通讯作者:
    姬晓

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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