97889 64456 72312 47532 85224 72311 99738 05314 18822 88877 83701 91188 72106 98803 83485 70762 67561 00923 55229 06479 57972 59061 74949 93171 14807 03728 86417 14924 55271 76483 09709 80826 48003 69756 41326 33857 90179 16007 50123 74390 32549 30315 44217 63317 75601 80709 41762 62320 18455 61834 28274 17965 11564 40730 97515 38882 00045 18375 34435 87730 65633 86354 42635 03181 37624 00288 29224 98754 64198 42645 13159 80277 57942 84214 09885 11406 37363 27238 16160 82824 82750 03902 45252 98749 86602 85405 74120 11069 70749 63642 54482 33973 81058 25338 11638 53184 38067 75862 58160 05931 81160 94118 63131 11678 37627 13358 15577 41533 20376 02073 54475 97260 40548 91470 84971 47067 00960 20371 54295 32383 70544 08125 72446 96640 07075 16165 30869 08344 20223 85830 11652 84248 58240 18720 83640 74865 63798 26432 11368 91553 98930 40390 63732 07578 52004 83379 91665 87295 27594 70342 33614 00445 56766 74846 32119 67664 51801 34739 44392 32414 80290 43295 50949 32938 59188 82226 64963 12065 07486 96473 17151 41690 05059 80565 72757 89563 68610 87113 78719 74762 26213 13426 23716 54025 70952 73308 30338 98371 80443 39662 15506 33308 53719 47268 57523 71539 98084 43052 68615 92226 35372 86296 82533 08533 12606 77475 19780 50069 42332 94775 84463 97795 86712 89454 36026 27730 87899 25252 69813 38682 Na-dotiertes selbstorganisiertes Zinkoxid zum Nachweis von Lungenkrebs-Biomarker-VOCs in niedrigen Konzentrationen – MJRBJC
Na-dotiertes selbstorganisiertes Zinkoxid zum Nachweis von Lungenkrebs-Biomarker-VOCs in niedrigen Konzentrationen

Reaktionskurven von ZnO- und NaZnO1-Sensoren vom Seeigeltyp auf 5 ppm HCHO bei 225 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit. Bildnachweis: Journal of Advanced Ceramics, Tsinghua University Press

Die Entwicklung leistungsstarker Gassensoren zur Erkennung von Lungenkrebsmarkern in niedrigen Konzentrationen ist ein entscheidender Schritt zur frühzeitigen Überwachung von Lungenkrebs durch Atemwegstests. Metalloxidhalbleiter (MOS) reagieren seit langem empfindlich auf flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und weisen hervorragende Leistungseigenschaften auf.

Allerdings liegt die Konzentration an VOCs, die für die Erkennung von Lungenkrebs anhand von Atemtests charakteristisch sind (z. B. Formaldehyd, Isopropanol, Aceton und Ammoniak), im Allgemeinen unter 1 ppm. Die meisten Metalloxide reagieren bei solch niedrigen Konzentrationen nur schwer, was sich negativ auf die Frühdiagnose von Lungenkrebs auswirken kann.

Auf Metalloxidhalbleitern (MOS) basierende Gassensoren haben sich bei der Erkennung von VOCs als vielversprechend erwiesen, ihre Wirksamkeit bei sehr niedrigen Konzentrationen bleibt jedoch eine Herausforderung. Die Konzentration von VOCs, Lungenkrebs-Biomarkern (wie Formaldehyd, Isopropanol, Aceton und Ammoniak) in Atemproben beträgt oft weniger als 1 ppm, was es für die meisten Oxide zu Metall schwierig macht, eine hohe Reaktion zu erzeugen. Die Überwindung dieser Einschränkung ist für die Verbesserung der Frühdiagnose von Lungenkrebs von entscheidender Bedeutung.

Um die oben genannten Herausforderungen anzugehen, stellte ein Team von Materialwissenschaftlern unter der Leitung von Professor Chao Zhang vom Institut für Oberflächentechnik der Universität Yangzhou, China, kürzlich die Entwicklung von dotierten ZnO-Nanonadeln vor, um Alkalimetallionen, insbesondere dotiert mit Natrium (Na), zu lösen. Ionen, unterstützt durch Zitronensäure. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Leistung elektrochemischer Gassensoren auf Metalloxidbasis zu verbessern und eine hohe Reaktionsfähigkeit bei der Erkennung von VOCs in niedrigen Konzentrationen zu ermöglichen.

Das Team veröffentlichte seine Studie im Zeitschrift für Hochleistungskeramik.

„Die Dotierung mit Metallionen wird wirksam eingesetzt, um die Nachweisleistung von ZnO zu verbessern. Insbesondere ist ZnO sehr empfindlich gegenüber Alkalimetallelementen und weist eine gute Dotierungsstabilität auf, was die Ionendotierung in das ZnO-Gitter erleichtert und zur Bildung von mehr Sauerstoffleerstellen führt.“ “, sagte Chao Zhang, Hauptautor der Studie.

„Darüber hinaus hängt die Löslichkeit von Alkalimetallen im ZnO-Gitter eng mit dem Radius der Dotierstoffionen zusammen, und eine niedrige Dotierungskonzentration erschwert die Erzeugung des Energieniveaus des Akzeptors. Na-Ionen haben einen größeren Radius als Zn-Ionen.“ und weisen eine hohe Löslichkeit auf. Es ist günstig, die stabile Konzentration der Na-Dotierung zu verbessern, was zur Bildung eines flachen Akzeptorniveaus führt“, fügte Zhang hinzu.

Die Forscher verwendeten eine Solvothermalmethode, um dreidimensionale Nanonadeln aus Na-dotiertem ZnO mit unterschiedlichen Mengen Zitronensäure herzustellen. Das Team bewertete die Gaserkennungseigenschaften von Na-dotiertem ZnO im Vergleich zu Lungenkrebs-Biomarkern bei Konzentrationen im Sub-ppm-Bereich, optimierte die Herstellungsmethode und erzielte das optimale Verhältnis zwischen Zitronensäure und Na-Ionen.

Das Experiment zeigte, dass der Na-dotierte ZnO-Gassensor bei niedrigen Konzentrationen eine hohe Empfindlichkeit (~21,3 bei 5 ppm/50 % relative Luftfeuchtigkeit) gegenüber VOCs, Lungenkrebs-Biomarkern, aufwies, die siebenmal höher war als die von reinem ZnO. Darüber hinaus zeigte der resultierende Gassensor eine hervorragende Selektivität für Formaldehyd, eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine zuverlässige Wiederholbarkeit bei einer optimalen Temperatur von 225 °C.

Darüber hinaus erklärten die Forscher den Mechanismus der gassensitiven Leistungssteigerung. Na-Ionen ersetzten Zn-Ionenzentren, um mehr Sauerstofffehlstellen zu erzeugen, was die Konzentration von Sauerstoffdefekten erhöhte (Ov= 20,98 %), und die Adsorptionsstellen der Zielgase wurden erhöht.

Zusätzlich wurde Na als Verunreinigungsenergieniveau eingeführt, um zum Akzeptorenergieniveau in der Nähe des Höhepunkts des Valenzbandes zu werden, das mit dem Valenzband von reinem ZnO in Kontakt stand. Dies verringerte die Bandlückenbreite und stimulierte mehr Elektronenhüpfen, wodurch die gasempfindliche Leistung verbessert wurde.

Mehr Informationen:
Yiwen Zhou et al., Na-dotierte Zinkoxid-Nanonadeln vom Urchin-Typ für proprietäre und VOC-Nachweise in niedriger Konzentration, Zeitschrift für Hochleistungskeramik (2024). DOI: 10.26599/JAC.2024.9220873

Bereitgestellt von Tsinghua University Press

Zitat: Selbstorganisiertes Na-dotiertes Zinkoxid zum Nachweis von Lungenkrebs-Biomarker-VOCs in niedrigen Konzentrationen (13. Mai 2024), abgerufen am 14. Mai 2024 von https://phys.org/news/2024-05-nadoped-zinc -oxid-lunge.html

Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrecht. Mit Ausnahme der fairen Nutzung für private Studien- oder Forschungszwecke darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient lediglich der Information.

By rb8jg

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Failed to fetch data from the URL.