高效肺癌診斷式電化學呼吸感測陣列的研發

《高效肺癌診斷式電化學呼吸感測陣列的研發》是依託寧波大學，由金涵擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高效肺癌診斷式電化學呼吸感測陣列的研發
• 依託單位：寧波大學
• 項目負責人：金涵
• 項目類別：青年科學基金項目

項目簡介

近年來，套用氣敏感測器檢測人們呼吸成分中有機揮發物(VOCs)特性變化來診斷肺癌的方法受到了越來越多的關注。鑒於當前人們對肺癌診斷方式高效化的需要，因此極為有必要研發出一種新型高效VOCs感測器以達到快速、精確診斷肺癌的目的。本研究中，基於陣列式結構的VOCs電化學氣敏感測器概念被得以提出，同時將開展：(1)對當前已報導的各種電化學VOCs敏感電極加以篩選，獲得一系列能夠被用來高分辨檢測人們呼吸氣氛中不同VOCs種類與含量的敏感電極，同時將對VOCs回響機理做出相應的研究以最佳化電極的工作性能；(2)將篩選出的針對各種VOCs成分高選擇、高靈敏度回響的敏感電極進行陣列化組裝，從而構建感測器陣列；(3)驗證所研發出的陣列式VOCs感測器在肺癌診斷中的套用效果，並對其中可能存在的問題加以探討解決。通過本項研究，力爭為研發高效、快速、精確診斷肺癌的小型化氣敏感測器提供技術和理論支持。

結題摘要

套用氣敏感測器檢測人們呼吸成分中有機揮發物(VOCs)特性變化來判別被檢測對象是否患有肺癌是近年來無創診斷的研究熱點。然而，當前所報到的感測器多存在靈敏度相對偏低、選擇性較差以及製備成本較高的問題，因而無法達到監測人體健康的技術指標。本項目在國內外研究基礎上，針對當前肺癌無創診斷存在的突出問題，以電化學感測器尤其是基於固態電解質的電化學感測器為研究對象，利用該類感測器固有的良好選擇性以及相對較好靈敏度的特點，通過構建電化學感測器陣列解決對上述瓶頸問題。主要研究內容包括：（1）利用安培工作模式深入探討了利用電化學感測器檢測ppb級人體呼吸成分的可能性。研究表明，與傳統的電位工作模式相比，安培工作模式有效地調節了感測器的電催化活性，使得器件的檢測範圍在檢測ppb級呼吸模擬物時表現出了較好的回響性能；（2）通過合成不同形貌的敏感電極材料，研究了形貌對器件選擇性的調製作用。結果顯示特定形貌的敏感電極顯著增強了器件的靈敏度，極大的改善了器件對特定氣體的選擇性。此外，利用XRD，STEM以及極化曲線和阻抗譜多重表征手段分析了形貌對器件靈敏度及其選擇性的調製機理。研究結果證實，不同形貌的敏感材料所暴露的活性晶面比例不同，間接影響了器件的工作性能；（3）首次提出了適用於混合電位的光電耦合增強技術 。基於光催化耦合電催化的思想，構建了光電耦合感測器件，在不改變器件選擇性的前提下降低了器件的工作溫度，提升和改善了器件對VOCs回響靈敏度和檢測限；（4）採用金納米顆粒製備敏感元件並利用自修復材料作為襯底構建了自修復感測器陣列。該器件具備良好的自修復能力，並對11種VOCs表現出了較好的識別能力。