制造納米轉(zhuǎn)換器的材料技術(shù)

 大多數(shù)基于碳納米轉(zhuǎn)換器管(CNTS)的轉(zhuǎn)換器是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)，因?yàn)楸M管碳納米管堅(jiān)固且惰性，但它們的電性能對(duì)各種分子上的電荷轉(zhuǎn)移和化學(xué)摻雜的影響敏感。碳納米管的功能化對(duì)于使其選擇性靶向分析物非常重要——不同類型的轉(zhuǎn)換器基于功能化碳納米管和目標(biāo)分析物之間的分子識(shí)別相互作用。例如，研究人員已經(jīng)開發(fā)出了柔性氫轉(zhuǎn)換器，它由單壁碳納米管制成，并裝飾有鈀納米顆粒。納米線和納米纖維還被用于制造診斷疾病的化學(xué)轉(zhuǎn)換器。它們已被用于在呼吸分析中大限度地提高氣體轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)，以檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs是各種疾病的生物標(biāo)志物;例如，硫化氫、氨和甲苯可以作為生物標(biāo)志物來評(píng)估糖尿病、口臭、腎功能不全和肺癌。在一個(gè)例子中，多孔氧化錫納米纖維被證明可以檢測(cè)到約0.1 PPM的水平，這比診斷糖尿病所需的氣體檢測(cè)水平低8倍。

 另一種碳納米轉(zhuǎn)換器材料，功能化石墨烯，在生物和化學(xué)轉(zhuǎn)換器方面有著非凡的前景。研究人員表明，氧化石墨烯(GO)獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)及其對(duì)水分子的超滲透性，導(dǎo)致傳感設(shè)備以高速度運(yùn)行，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，化學(xué)蒸汽會(huì)改變石墨烯晶體管的噪聲譜，使它們能夠通過一個(gè)由原始石墨烯制成的設(shè)備選擇性地感知多種蒸汽，而不需要對(duì)石墨烯表面進(jìn)行功能化(“使用原始石墨烯的選擇性氣體傳感”)。研究人員還開始研究石墨烯泡沫，這是一種具有高導(dǎo)電性的互聯(lián)石墨烯薄片的三維結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)很有希望成為檢測(cè)疾病的氣體轉(zhuǎn)換器和生物轉(zhuǎn)換器。

 納米轉(zhuǎn)換器顆粒的多種性能可用于納米轉(zhuǎn)換器，但其催化性能是電化學(xué)轉(zhuǎn)換器件重要的性能之一。例如，在多孔碳或金等貴金屬上負(fù)載鉑納米顆粒已被報(bào)道與氣體擴(kuò)散電極的設(shè)計(jì)有關(guān)。納米顆粒的高表面積是其另一個(gè)特性，使其適合于分子、聚合物或生物材料涂層的固定，這可以產(chǎn)生具有可調(diào)表面性能的復(fù)合材料。例如，用預(yù)先設(shè)計(jì)的受體單元修飾金屬納米顆粒，并將其組裝在表面上，就可以制造出具有定制特異性的新型電化學(xué)轉(zhuǎn)換器。通過適當(dāng)?shù)募{米顆粒功能化，也可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和高選擇性的電分析程序。穩(wěn)定的納米顆?？梢匀〈€(wěn)定性有限的擴(kuò)增標(biāo)記物，如酶或脂質(zhì)體，具有同等或提高的敏感性。

 納米轉(zhuǎn)換器金屬-有機(jī)框架(MOF)是一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化晶體多孔材料，由規(guī)整排列的帶正電的金屬離子包圍在有機(jī)“連接子”分子周圍。金屬離子形成節(jié)點(diǎn)，將關(guān)節(jié)臂固定在一起，形成重復(fù)的籠狀結(jié)構(gòu)。由于這種中空結(jié)構(gòu)，MOF具有非常大的內(nèi)表面積，使其成為理想的氣體傳感材料。通過使用不同的金屬原子和有機(jī)鍵基團(tuán)制造MOF，研究人員可以創(chuàng)造出一種材料，可以選擇性地將特定氣體吸收到結(jié)構(gòu)內(nèi)的特制袋子中。一個(gè)例子是在電極上涂上特制的MOF薄膜，形成一個(gè)可以檢測(cè)微量二氧化硫氣體的電子轉(zhuǎn)換器。