電子科技大學Sensors and Actuators B: Chemical綜述：基于氣體/濕度傳感器的無創疾病診斷研究進展

背景介紹：

無創呼吸分析具有實現非植入式疾病診斷的巨大潛力，是一種極具吸引力的健康管理策略。一方面，基于濕度傳感器的呼吸行為監測（頻率，連續性等）可實現對睡眠呼吸暫停、哮喘、心臟驟停和肺癌等諸多疾病的無創診斷；另一方面，一些特定的人體呼出氣體（如氨氣、硫化氫、一氧化氮和丙酮等）可作為不同疾病（如腎臟疾病、口臭、哮喘和糖尿病等）的生物標記物。與其它呼吸成分檢測技術相比，基于化學傳感器的無創呼吸診斷具有小型化、低功耗、結構簡單、成本低等優點，有利于實現便攜式高效呼吸分析。雖然在過去二十年中，人們對呼吸氣體/濕度傳感器的敏感性能進行了廣泛的研究，但在實現臨床疾病診斷方面仍面臨諸多挑戰。鑒于此，開發基于集成式傳感器陣列的電子鼻將成為提高檢測精度的有效途徑之一。此外，結合自供電技術的呼吸分析有望擺脫對外部電源的依賴，在無創疾病診斷領域展現出良好的發展前景。

成果簡介：

基于此，電子科技大學太惠玲教授研究小組報道了基于氣體/濕度傳感器的疾病無創呼吸分析研究進展，綜述了基于可穿戴濕度傳感器的呼吸行為監測和基于氣體傳感器的疾病初步診斷最新研究進展。作者首先介紹了基于呼吸分析的無創疾病診斷研究意義與價值，總括了將氣/濕敏傳感器應用于該領域的研究優勢。隨后，分別概述了近五年來無創呼吸診斷在氣體/濕度傳感器領域的研究現狀。最后，在總結國內外研究進展的基礎上，作者對基于氣/濕敏傳感器實現無創疾病診斷的實際應用挑戰進行了分析與總結，并從單個傳感器到集成器件及自供電健康監測系統發展角度進行了未來展望。研究成果以“Evolution of breath analysis based on humidity and gas sensors: Potential and challenges”為題發表在Sensors and Actuators B: Chemical上。

圖文導讀

圖1：基于氣體/濕度傳感器的無創疾病診斷示意圖

? ? ? ?

圖2：用于人體呼吸行為監測的可穿戴濕度傳感器

圖3：聚多巴胺/石墨烯基濕度傳感器用于呼吸行為多功能檢測

圖4：人體呼出濕氣自驅動呼吸監測

圖5：基于氨氣傳感器的血透患者呼吸分析

圖6：基于丙酮傳感器的糖尿病呼吸診斷

圖7：基于一氧化氮傳感器的呼吸診斷儀

圖8：基于氣體傳感器陣列的呼吸氣體分析儀

圖9：基于摩擦電效應的自供能呼吸檢測

結論與展望：

本文綜述了基于氣體/濕度傳感器在實現無創呼吸分析方面的研究進展。一方面，可穿戴呼吸濕度傳感器正朝著柔性化、良好生物相容性、多功能方向發展，并結合電路系統實現對人體呼吸行為智能監測。另一方面，為了擺脫復雜的預處理步驟，開發同時具有高選擇、高響應、抗濕性良好、快速響應及低檢測限的呼吸氣體傳感器成為實現可靠呼吸分析的重要途徑。此外，為提高呼吸診斷精度，可結合微型氣體傳感器陣列及模式識別方法和大量臨床數據進一步研究。近年來，基于壓電效應、摩擦電效應及環境濕度驅動的新型自供電傳感器已取得初步研究進展，通過進一步提高其傳感性能有望實現無需外部電源供給的自供電呼吸分析。

論文作者為太惠玲教授和王斯博士（第一作者）。

文獻鏈接：Evolution of breath analysis based on humidity and gas sensors: Potential and challenges (Sensors and Actuators B: Chemical, 2020, 318, 128104. DOI：https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128104)

本文由電子科技大學太惠玲教授研究小組供稿。