前言

最近，由于分析工具的重大进步和纳米技术的出现，用于检测疾病和监测人类健康的呼出气体分析已经成为一个快速发展的领域。它提供了无创、定点护理、经济高效、实时、定性/定量和无痛的诊断。呼出的气体包括1000多种气体和挥发性有机化合物，其中一些已经被检测为不同疾病的呼吸生物标志物。氨是肾功能不全/肾脏疾病的呼吸生物标志物。健康人呼出的平均氨浓度约为250 ppb。然而，这种浓度随着肾/肾相关疾病的开始而增加，在终末期肾病(ESRD)中可能增加到4880 ppb。

研究内容

印度的研究人员首次报道了基于钡铁氧体的高选择性、稳定的痕量氨传感器。通过简易的固相反应路线制备了钡六铁氧体纳米粒子。所制备的纳米粉末通过多种复杂技术表征，即X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能量色散X射线EDX、X射线光电子能谱和BET表面分析。通过使用定制的滴涂装置，将制备的纳米粉末用于制备厚膜、化学电阻、田口型传感器。该传感器对低ppm氨显示出极好的p型响应。此外，它表现出可忽略的交叉敏感性、快速响应和恢复时间以及长期稳定性。由于其卓越的传感性能、长期稳定性和可重复性，该传感器是从呼出气体分析中检测肾脏功能障碍/肾脏疾病的有前途的候选物。

实验方法

田口型传感器模块是使用制备的BaFe12O19纳米粉末制造的。首先，从长的、中空的、圆柱形的α-氧化铝管(外径1毫米，内径0.5毫米)上切割出3.5毫米长的传感器基板。基底依次用盐酸、去离子水和丙酮清洗，然后干燥。然后，通过在其两端涂敷导电金膏来对衬底进行电极化，并且将作为引线的铂丝连接到这些电极。然后将电极在900℃下固化1小时。两个电极之间的距离保持为3毫米。将如此制备的基底钩到滴涂器上，其能够以10转/分的速度绕其轴旋转传感器。同时，用异丙醇将0.5 g制备好的BaFe12O19纳米粉末杵入玛瑙研钵中，直到获得滴涂一致性。此后，将5微升糊状物滴到旋转的α-氧化铝基底上。旋转运动将液滴均匀地涂在基底表面上。然后，将镍铬合金丝插入传感器的空心内，通过将铂电极引线和加热器点焊到这六个引脚上，将传感器安装在六引脚塑料插座上。最后，一个双层网的塑料帽被压配在这个插座上。

BaFe12O19纳米粉体合成过程示意图。

基于田口型化学电阻传感器的BaFe12O19纳米粉末的逐步制造的示意图；

基于BaFe12O19传感器的痕量氨测量装置的示意图。

纳米BaFe12O19粉末的(a)扫描电镜、(b) Ba 3d、(c) Fe 2p和(d) O 1s的XPS光谱。

结论

研究人员通过一种简单的固态方法合成了钡六铁氧体纳米粒子(BaFe12O19)，获得了高响应和高选择性的痕量氨传感能力。所开发的传感器本质上是p型的，并且对不同痕量浓度的氨蒸气表现出高响应，它还表现出快速响应(~2.88秒)和恢复时间(~39.4秒)，对其他主要干扰呼吸挥发物的交叉敏感性可忽略不计，即丙酮、乙醇和饱和水蒸气。这种优异的传感性能归因于高比表面积、优化的操作温度和小尺寸的氨分子。总的来说，所制备的传感器对痕量氨的优越传感特性使其成为通过呼出气分析检测肾脏疾病的有前途的候选物。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128765。