日本：新气体检测芯片研制成功，体积小灵敏度高

日本丰桥技术科学大学（TUT）的研究团队开发了一种使用半导体微加工的检测芯片，可以在室温下检测呼出气体中挥发性气体的浓度。

在可柔性变形的纳米片上装载有聚合物，当气体被吸收时会膨胀和收缩。通过测量目标气体被吸收时发生的变形量，从而提高气体检测灵敏度。

该芯片只有几平方毫米大小，采用半导体微加工技术，有望制成物联网气体传感器用于远程医疗，可以很方便地在家中进行呼吸测试。

有一些测试方法可以测量呼吸和血液中的特定分子，这些分子是确定各种疾病存在和发展程度的指标。其中呼吸测试无创检测是近年来备受关注的一种极具发展前景的低负担疾病检测方法。

据报道，呼气中挥发性有机化合物的浓度在糖尿病、肾衰竭、肺癌等病例中增加，可这些标记物在未来有望用于患者诊断筛查。

以前开发的半导体气体传感器是在传感器上形成一层薄膜，其电阻和电容随着气体的反应而变化，通过将薄膜加热到几百摄氏度来进行测量。

然而，为了降低由于加热引起的外围电路升温，需要单独形成将加热部件与外围分开的结构，并且由于分离原件导致制造工艺的复杂性增加和单位面积集成度降低也是很大的问题。此外，加热导致的功耗增加阻碍了气体传感器在物联网设备中的应用。

此次日本团队开发的新型传感器以形成一种聚合物材料，当气体分子被吸附在薄而灵活的可变形的纳米薄片上时，这种材料就会膨胀或收缩，它可以根据薄片的变形量来测量目标气体的吸收量。

该传感器利用通过窄间隙的光增强的干涉特性来根据颜色变化确定气体吸附。利用该技术，实现了一种不需要加热机制就能在室温下测量气体的检测芯片。此外，这种传感器可以在不增加面积的情况下增加灵敏度。

此外，实验显示该芯片可以检测乙醇气体(一种典型的挥发性有机化合物)。与使用相同检测方法的传感器相比，检测性能提高了40倍，而每个元件的面积减少到1/150。该传感器有望用作小型便携式呼吸测试设备。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接：

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