使用防水气体传感器进行健康、环境监测的新选择

一种新的防水气体传感器可以戴在鼻子下面，以检测呼吸中的二氧化氮，二氧化氮的浓度可能预示着潜在的肺部疾病。来源：李阳提供

得益于工程科学与力学的 James L. Henderson Jr. 纪念副教授 Huanyu "Larry" Cheng 开发的新型防水气体传感器，现在可以在潮湿环境中准确、连续地监测二氧化氮和其他气体，和他的团队。

该传感器检测呼吸中的二氧化氮，其浓度可能表明潜在的肺部疾病，或在特定环境中监测空气质量。该团队的方法发表在Microsystems & Nanoengineering上。

虽然 Cheng 之前开发了一种防水传感器，但该传感器只能检测温度和运动。Cheng 还开发了一种高度可定制的微型气体传感器，以及一种灵活、多孔和灵敏的气体传感器。然而，湿度、汗水或其他湿气暴露会使传感器无法使用。

“我们无法避免环境中的湿度水平，这就是我们想要强调防潮性能的原因，”Cheng 说。

研究人员使用了与之前的气体传感器相同的激光诱导石墨烯 (LIG)——一种使用激光写入组装二维石墨烯层的快速、经济、环保的制造方法。然而，这一次，他们还在 LIG 传感层的任一侧添加了柔软的弹性聚合物基板和防潮半透膜。

研究人员称，这种新型传感器可拉伸且柔软，可以长时间佩戴在皮肤上。来源：李阳提供

“激光诱导的石墨烯是亲水的，所以它本质上是一种吸水材料，”程说。“水会自然地进入材料并改变其特性。如果传感器吸收了水分子，那将改变响应。通过使用带有 LIG的半透膜，我们可以阻止水或湿气进入传感器。外，但仍然允许目标气体分子的渗透。由于新材料具有弹性和柔软性，因此可以长时间佩戴在皮肤上而不会引起刺激。

为了测试传感器，研究人员用它们来评估 30 个人的呼吸。他们发现，患有慢性阻塞性肺病(COPD) 或哮喘的患者的传感器响应值是未患慢性阻塞性肺病 (COPD) 或哮喘患者的四倍多，这意味着患有慢性阻塞性肺病或哮喘的人的二氧化氮含量是其四倍以上在他们的呼气中。

“有了这个传感器，我们更接近于帮助病人的实际应用，”合著者、河北工业大学健康科学与生物医学工程学院副教授李阳说。“这种传感器可用于早期筛查过程，让人们意识到可能会在以后发展成更大问题的潜在状况，也可以让现有的 COPD 或哮喘患者监测环境中潜在的二氧化氮暴露情况，以便他们可以采取早期预防措施，例如避开某些二氧化氮水平较高的地区。”

程说，这种传感器不仅可以用于监测个人健康，还可以更好地了解人群的健康状况。