En el sentido de las agujas del reloj, de izquierda a derecha:la parte superior izquierda muestra una imagen SEM ampliada de una fibra de SnO2 ensamblada de pared delgada rota. A continuación, se muestra una serie de sensores de respiración (el recuadro es el tamaño real de un sensor de respiración). La derecha es la portada de Materiales funcionales avanzados (Edición del 20 de mayo) en el que se publica un artículo de investigación sobre el desarrollo de un sensor de respiración exhalado de alta sensibilidad mediante el uso de fibras de SnO2. Crédito:KAIST
La innovación tecnológica actual permite a los usuarios de teléfonos inteligentes diagnosticar enfermedades graves como la diabetes o el cáncer de pulmón de forma rápida y eficaz con solo respirar en un pequeño dispositivo. un sensor de respiración de nanofibras, montado en los teléfonos.
Il-Doo Kim, Profesor asociado del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), y su equipo de investigación han publicado recientemente un artículo de portada titulado "Fibras de SnO2 ensambladas de pared delgada funcionalizadas por nanopartículas catalíticas de Pt y sus propiedades superiores de detección del aliento exhalado para el diagnóstico de la diabetes". "en una revista académica, Materiales funcionales avanzados (Edición del 20 de mayo), en el desarrollo de un sensor de respiración exhalado altamente sensible mediante el uso jerárquico de SnO 2 fibras que se ensamblan a partir de SnO delgado y arrugado 2 nanotubos.
En el papel, el equipo de investigación presentó una evolución morfológica de las fibras de SnO2, llamadas micro-separaciones de fase, que tiene lugar entre polímeros y otros solutos disueltos al variar el caudal de alimentación de una solución de electrohilado y aplicar un tratamiento térmico posterior a continuación.
El cambio morfológico da como resultado nanofibras que tienen la forma de un cilindro abierto dentro del cual se colocan en capas nanotubos de SnO2 de película delgada y luego se enrollan. En la superficie de las fibras de SnO2 se formaron varios poros alargados que iban desde 10 nanómetros (nm) a 500 nm de longitud a lo largo de la dirección de la fibra, permitiendo que las moléculas de gas exhalado penetren fácilmente en las fibras. La pared interior y exterior de los tubos de SnO2 está recubierta uniformemente con nanopartículas catalíticas de platino (Pt). Según el equipo de investigación, fibras de SnO2 muy porosas, sintetizado por eletrospinning a un caudal elevado, mostraron respuestas de acetona cinco veces más altas que las de las nanofibras densas de SnO2 creadas con un caudal bajo. El revestimiento catalítico de Pt también acortó drásticamente el tiempo de respuesta al gas de las fibras.
Esta es la evolución microestructural de las nanofibras de SnO2 en función del caudal durante el electrohilado. Crédito:KAIST
El análisis del aliento para la diabetes se basa en gran medida en una prueba de aliento con acetona porque la acetona es uno de los compuestos orgánicos volátiles (COV) específicos producidos en el cuerpo humano para señalar la aparición de enfermedades particulares. En otras palabras, son biomarcadores para predecir ciertas enfermedades como la acetona para la diabetes, tolueno para el cáncer de pulmón, y amoniaco para el mal funcionamiento de los riñones. El análisis del aliento para la evaluación médica ha atraído mucha atención porque es menos intrusivo que el examen médico convencional. así como rápido y conveniente, y respetuoso con el medio ambiente, casi sin residuos de riesgo biológico.
Se han adoptado varias técnicas de detección de gases para analizar COV, incluida la cromatografía de gases y espectroscopía de masas (GC-MS), pero estas técnicas son difíciles de incorporar en sensores de gas portátiles en tiempo real porque el equipo de prueba es voluminoso y costoso, y su funcionamiento es más complejo. Sensores de gas químico-resistivos a base de óxido metálico, sin embargo, ofrecen una mayor facilidad de uso de los sensores de respiración portátiles en tiempo real.
Il-Doo Kim dijo:"Las nanofibras de óxido de metal cargadas con catalizador sintetizadas por electrohilado tienen un gran potencial para futuras aplicaciones de sensores de respiración exhalada. De nuestra investigación, obtuvimos los resultados de que el SnO recubierto de Pt 2 las fibras pueden identificar acetona o tolueno con rapidez y precisión incluso en concentraciones muy bajas de menos de 100 partes por mil millones (ppb) ".
El nivel de acetona exhalado de los pacientes con diabetes supera las 1,8 partes por millón (ppm), que es de dos a seis veces más alto que el de las personas sanas (0,3-0,9 ppm). Por lo tanto, a highly sensitive detection that responds to acetone below 1 ppm, in the presence of other exhaled gases as well as under the humid environment of human breath, is important for an accurate diagnosis of diabetes. Además, Professor Kim said, "a trace concentration of toluene (30 ppb) in exhaled breath is regarded to be a distinctive early symptom of lung cancer, which we were able to detect with our prototype breath tester."
The research team has now been developing an array of breathing sensors using various catalysts and a number of semiconducting metal oxide fibers, which will offer patients a real-time easy diagnosis of diseases.
