In senso orario da sinistra a destra:in alto a sinistra mostra un'immagine SEM ingrandita di una fibra SnO2 assemblata a parete sottile rotta. In basso a sinistra c'è una serie di sensori del respiro (l'inserto è una dimensione effettiva di un sensore del respiro). La destra è la copertina di Materiali funzionali avanzati (numero del 20 maggio) in cui viene pubblicato un documento di ricerca sullo sviluppo di un sensore di respiro espirato altamente sensibile utilizzando fibre di SnO2. Attestazione:KAIST
L'innovazione tecnologica di oggi consente agli utenti di smartphone di diagnosticare malattie gravi come il diabete o il cancro ai polmoni in modo rapido ed efficace semplicemente respirando in un piccolo gadget, un sensore di respirazione in nanofibra, montato sui telefoni.
Il-Doo Kim, Professore Associato del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso il Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), e il suo team di ricerca hanno recentemente pubblicato un articolo di copertina intitolato "Fibre SnO2 assemblate a parete sottile funzionalizzate da nanoparticelle catalitiche di Pt e le loro proprietà di rilevamento del respiro esalato superiori per la diagnosi del diabete, "in una rivista accademica, Materiali funzionali avanzati (numero del 20 maggio), sullo sviluppo di un sensore di respiro espirato altamente sensibile utilizzando SnO . gerarchico 2 fibre che sono assemblate da SnO . sottile rugoso 2 nanotubi.
Nella carta, il gruppo di ricerca ha presentato un'evoluzione morfologica delle fibre di SnO2, chiamate micro separazioni di fase, che avviene tra polimeri e altri soluti disciolti variando la portata di alimentazione di una soluzione di elettrofilatura e applicando successivamente un successivo trattamento termico.
Il cambiamento morfologico si traduce in nanofibre che hanno la forma di un cilindro aperto all'interno del quale sono stratificati e poi arrotolati nanotubi di SnO2 a film sottile. Sulla superficie delle fibre di SnO2 si sono formati un numero di pori allungati che vanno da 10 nanometri (nm) a 500 nm di lunghezza lungo la direzione della fibra, permettendo alle molecole di gas esalato di permeare facilmente le fibre. La parete interna ed esterna dei tubi SnO2 è uniformemente rivestita con nanoparticelle catalitiche di platino (Pt). Secondo il gruppo di ricerca, fibre di SnO2 altamente porose, sintetizzato mediante elettrofilatura ad alta portata, hanno mostrato risposte all'acetone cinque volte superiori a quelle delle nanofibre SnO2 dense create con una bassa portata. Anche il rivestimento catalitico in Pt ha ridotto drasticamente il tempo di risposta al gas delle fibre.
Questa è l'evoluzione microstrutturale delle nanofibre di SnO2 in funzione della portata durante l'elettrofilatura. Attestazione:KAIST
L'analisi del respiro per il diabete si basa in gran parte su un test del respiro con acetone perché l'acetone è uno dei composti organici volatili (VOC) specifici prodotti nel corpo umano per segnalare l'insorgenza di particolari malattie. In altre parole, sono biomarcatori per predire alcune malattie come l'acetone per il diabete, toluene per il cancro ai polmoni, e ammoniaca per malfunzionamento renale. L'analisi del respiro per la valutazione medica ha attirato molta attenzione perché è meno invadente dell'esame medico convenzionale, oltre che veloce e conveniente, e rispettoso dell'ambiente, lasciando quasi nessun rifiuto biologico.
Sono state adottate varie tecniche di rilevamento del gas per analizzare i COV, inclusa la gascromatografia-spettroscopia di massa (GC-MS), ma queste tecniche sono difficili da incorporare nei sensori di gas portatili in tempo reale perché l'attrezzatura di prova è ingombrante e costosa, e il loro funzionamento è più complesso. Sensori di gas chemiresistivi a base di ossido di metallo, però, offrono una maggiore fruibilità per i sensori respiratori portatili in tempo reale.
Il-Doo Kim ha detto, "Le nanofibre di ossido di metallo caricate con catalizzatore sintetizzate mediante elettrofilatura hanno un grande potenziale per future applicazioni del sensore di respiro espirato. Dalla nostra ricerca, abbiamo ottenuto i risultati che SnO . rivestito con Pt 2 le fibre sono in grado di identificare prontamente e accuratamente acetone o toluene anche a concentrazioni molto basse inferiori a 100 parti per miliardo (ppb)."
Il livello di acetone espirato dei pazienti diabetici supera 1,8 parti per milione (ppm), which is two to six-fold higher than that (0.3-0.9 ppm) of healthy people. Perciò, 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. Inoltre, Professor Kim said, "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.
