日本:新氣體檢測芯片研製成功，體積小靈敏度高

日本豐橋技術科學大學(TUT)的研究團隊開發了一種使用半導體微加工的檢測芯片，可以在室温下檢測呼出氣體中揮發性氣體的濃度。

在可柔性變形的納米片上裝載有聚合物，當氣體被吸收時會膨脹和收縮。通過測量目標氣體被吸收時發生的變形量，從而提高氣體檢測靈敏度。

該芯片只有幾平方毫米大小，採用半導體微加工技術，有望製成物聯網氣體傳感器用於遠程醫療，可以很方便地在家中進行呼吸測試。

有一些測試方法可以測量呼吸和血液中的特定分子，這些分子是確定各種疾病存在和發展程度的指標。其中呼吸測試無創檢測是近年來備受關注的一種極具發展前景的低負擔疾病檢測方法。

據報道，呼氣中揮發性有機化合物的濃度在糖尿病、腎衰竭、肺癌等病例中增加，可這些標記物在未來有望用於患者診斷篩查。

以前開發的半導體氣體傳感器是在傳感器上形成一層薄膜，其電阻和電容隨着氣體的反應而變化，通過將薄膜加熱到幾百攝氏度來進行測量。

然而，為了降低由於加熱引起的外圍電路升温，需要單獨形成將加熱部件與外圍分開的結構，並且由於分離原件導致製造工藝的複雜性增加和單位面積集成度降低也是很大的問題。此外，加熱導致的功耗增加阻礙了氣體傳感器在物聯網設備中的應用。

此次日本團隊開發的新型傳感器以形成一種聚合物材料，當氣體分子被吸附在薄而靈活的可變形的納米薄片上時，這種材料就會膨脹或收縮，它可以根據薄片的變形量來測量目標氣體的吸收量。

該傳感器利用通過窄間隙的光增強的干涉特性來根據顏色變化確定氣體吸附。利用該技術，實現了一種不需要加熱機制就能在室温下測量氣體的檢測芯片。此外，這種傳感器可以在不增加面積的情況下增加靈敏度。

此外，實驗顯示該芯片可以檢測乙醇氣體(一種典型的揮發性有機化合物)。與使用相同檢測方法的傳感器相比，檢測性能提高了40倍，而每個元件的面積減少到1/150。該傳感器有望用作小型便攜式呼吸測試設備。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

論文鏈接:

https://www.mdpi.com/1424-8220/20/23/6868