《ACS Nano》智能织物：基于比色染料负载的纳米纤维纱的气体传感器件

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呼吸中生物微量指标的精确检测数据可以提供与特定疾病相关的实质性线索。比色气体传感器（传感材料颜色的肉眼可辨别的变化）可以简单而快速地检测有毒气体物质。特别是准确检测患者呼吸中微量的某些生物标志物（例如导致口臭的硫化氢（H₂S）和导致肾脏疾病的氨（NH₃））。然而，传统的比色传感器往往缺乏灵敏度、选择性、检测限和批量生产能力，阻碍了它们的商业化。

韩国科学技术院金日斗教授团队报道了一种廉价的基于复合纳米纤维的米级比色传感器的合成路线，这种复合纳米纤维以离子液体作为有效的H₂S吸附剂，以醋酸铅作为比色染料进行化学功能化。作为一个可用眼识别和可编织的传感平台，单股纱线表现出更高的灵敏度，其高表面积和发达的孔隙率支持其检测呼吸生物标志物（1ppm的H₂S）。另外，加有碘化铅染料的纱线可以可逆地检测到ppm级别的NH₃气体分子，显示出简单的延伸性。最后，研究人员还展示了独立纱线可以缝制成图案化的纺织品，可用于制作可穿戴的具有视觉输出的有毒气体报警系统。

图1样品制备示意图（a-c）；购买的Pb(Ac)₂染料（d）和经PAN聚合物缩浆处理后（e）的SEM；（f）纱线@Pb(Ac)₂ ILS在H₂S气体中的比色变化机理示意图；（g-o）各类纱线的高分辨率SEM；（p）纱线@Pb(Ac)₂ ILS的平均纳米纤维直径直方图与离子液体的含量有关

图2 （a）暴露于各种硫化氢浓度并控制暴露时间后的纯净纱线@Pb(Ac)2及纱线@Pb(Ac)2 ILS的实物照片；（b）纯纱线@Pb(Ac)2和纱线@Pb(Ac)2ILS的RGB总和变化；（c）纱线@Pb(Ac)2ILS在暴露于5 ppm的各种干扰气体时的RGB总和变化；（d）ΔE值(对数刻度)，根据暴露于1ppm的硫化氢60−10 s和5 ppm的8种不同干扰气体分析物60 s时纱线@Pb(Ac)2 ILS的RGB值计算

图3 (a−d)原纱@Pb(Ac)2；(e−h)纱@Pb(Ac)2 ILS暴露于H2S前的TEM和SEM图像；（i-l）纱线@Pb(Ac)_2_ILS暴露于H_2S气体后的TEM和SEM图像；H2S气体暴露前（m）后（n）纱线@Pb(Ac)2 ILS的非原位STEM和EDS图像；原纱@Pb(Ac)2（o-p）和（q−r）纱@Pb(Ac)2 ILS在Pb4f附近暴露于H2S前后的非原位XPS

图4（a）模拟呼气分析的实验程序；（b）纱线@Pb(Ac)2_ILS在模拟口臭临床试验前后的实物图以及相应的（c）RGB和变化量和（d）ΔE值；图案化纺织品光学气体报警传感器（e、g）在H2S气体暴露前后（f、h）的示意图和实物图

以上研究以“Colorimetric Dye-Loaded Nanofiber Yarn: Eye-Readable and Weavable Gas Sensing Platform”为题，发表在ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.0c05916)上。第一作者为韩国科学技术研究院的Dong-Ha Kim，通讯作者为韩国科学技术研究院Il-Doo Kim教授。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05916

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