【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗诊断及日常居家健康监测设备领域，特别是一种针对肺癌早期关键生物标记物—人体呼气中超痕量异戊二烯的检测呼气中异戊二烯的传感材料及其数显便携式传感设备，该设备可作为肺癌早期临床诊断及日常居家健康监测的使用，提供了一种廉价易得、安全无创、快捷的肺癌检测技术。
技术介绍
1、随着全球癌症发病率的不断攀升，肺癌再次成为全球新增病例最多的癌症类型。据2024年4月4日ca:a cancer journal for clinicians发布的2022年全球癌症数据显示，肺癌新增病例高达248万例，超越乳腺癌，成为全球第一大癌症。肺癌早期一般没有症状，只有约20％的患者于第一期发现，若及时手术切除肿瘤存活率可达90％；而超过40％患者于第四期才发现，存活率只剩不到10％。这一严峻的现实凸显了癌症早期诊断和监测的重要性，以期降低患者的死亡率。
2、传统的癌症诊断方法，如组织活检和影像学检查，虽然准确，但具有侵入性，可能给患者带来身体和心理上的不适，同时增加了医疗成本。因此，非侵入性的诊断技术，如呼气分析，因其便携性、减少患者不适感和成本效益，而受到越来越多的关注。
3、人体代谢过程中产生的挥发性有机化合物(vocs)通过呼吸排出体外，其浓度和种类与特定疾病状态相关，为疾病诊断提供了潜在的生物标志物。特别是异戊二烯，在肺癌患者的呼气中含量与疾病发展密切相关。研究表明，异戊二烯的浓度水平可以作为区分肺癌患者与健康人群的重要依据。
4、目前，检测呼气中异戊二烯的方法包括固相微萃取-气相色谱/质谱联用
5、然而，由于呼气生物体系成分的复杂性，且异戊二烯浓度在ppb量级，亟待开发出具有高灵敏度、高特异性、快速响应和稳定可靠的传感材料及便携可视设备。本专利技术设计的性能优异的异戊二烯传感材料，并集成这些传感材料到便携可视设备中，提供一种简单、先进的健康监测和疾病诊疗手段。
技术实现思路
1、本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料及其数显便携式传感设备，该设备在保持了传统气体检测仪结构简单的基础上，不仅最大程度范围内消除或避免了呼气湿度、干扰气体与环境温度的影响，还在硬件设备开发中降低噪声干扰，保证了对异戊二烯检测的灵敏度、选择性、精准性，具备自标定等优化功能，最大程度上为用户提供服务便利。
2、为了实现上述申请目的，本申请采用了以下技术方案：一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，所述传感材料为n型in2o3基半导体二维纳米片，纳米片的厚度为10-100nm，纳米片的孔径为2-50nm的介孔。
3、需要说明的是，本方案提供的用于呼气中异戊二烯检测的传感材料具有优异的ppb级异戊二烯检测限、低传感温度、良好的抗湿性、较强的选择性和循环稳定性，适用于呼气中超痕量异戊二烯的浓度检测，且可集成于传感芯片电极表面作为与异戊二烯分子相互作用的敏感层。
4、进一步地，所述传感材料为在n型in2o3基半导体二维纳米片基底上掺杂0-10wt.％含量的p型杂质cr、cu、ni的p-n异质结，以提升材料的抗湿性能。
5、进一步的，所述传感材料具备优异的抗湿性能，在0-100rh％的环境湿度下，电流基线漂移与响应值均偏移小于5％。
6、进一步地，p-n异质结上均匀负载pt纳米团簇，其中pt纳米团簇的直径为2-5nm。具体的，传感材料在具有p-n异质结in2o3基半导体二维纳米片基底表面负载pt活性位点，并通过调控pt位点的大小并使其均匀分布。优选的，所述传感材料在具有p-n异质结in2o3基半导体二维纳米片基底表面锚定负载0-5wt.％含量的pt，其中pt纳米团簇的直径为2-5nm且均匀分布在具有p-n异质结in2o3基半导体二维纳米片基底表面，也就是说，本方案通过调控pt活性位点的大小并使其均匀分布，得到直径为2-5nm的pt纳米团簇。
7、进一步的，传感材料具备低检测限、低温灵敏性，在150-350℃的工作温度下该设备具有2-500ppb的检测下限。
8、进一步的，传感材料对异戊二烯的特异性响应远高于呼气中的二氧化碳、氨气、丙酮、乙烷、甲基硫醇等类型气体，异戊二烯的响应性是其他气体的4-10倍。
9、进一步的，异戊二烯传感循环稳定性不低于9次，时间不低于1.6h。
10、进一步地，传感材料经结构调控与表面改性后，其表面活性氧占比增加，为气敏反应中的电子交换提供了良好的基质条件。
11、第二方面，本方案提供了一种数显便携式传感设备，包括半导体气体传感器，其中半导体气体传感器的传感芯片电极表面集成所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，所述用于呼气中异戊二烯检测的传感材料作为与异戊二烯分子相互作用的感测层，其中所述传感芯片电极为叉指电极、环形电极、网格电极、条形电极、阵列电极、微流控电极、分段电极、三电极系统的其中一种。
12、换言之，本方案在半导体气体传感器上采用如上提到的芯片电极基底集成并煅烧稳固，通过独立的加热电极等复杂的电路集成得到数显便携式传感设备。
13、进一步地，用于呼气中异戊二烯检测的传感材料集成在半导体气体传感器上的传感芯片电极的集成方法包括：
14、配制含有10-80％固含量所述传感材料的乙醇浆液并在室温下以300-2000r·min-1的速率充分搅拌0.5-12h以上，用移液枪移取1-50μl滴涂乙醇浆液至半导体气体传感器上的传感芯片电极表面，在室温下干燥后，转移至马弗炉在空气气氛下150-450℃煅烧2-24h。
15、进一步地，所述数显便携式传感设备可在0.01-3s内检测出潜在肺癌患者呼气中的异戊二烯浓度，并在0.01-6s内传感数值归零。
16、进一步地，当所述数显便携式传感设备测试得到潜在肺癌患者的呼气中的异戊二烯浓度低于健康人群呼气中的异戊二烯浓度，筛选测试者为潜在肺癌患者。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
18、1.采用本专利技术可方便地进行呼气分析检测，且呼气分析法与传统肺癌诊断检查手段相比具有天然优势，快速、实时、无创的监测方式更易被患者接受，避免了ct检查、针吸活检、呼吸道内窥镜等侵入性检查给患者带来的恐惧与抗拒心理，具备便捷、安全、成本低廉等优势，减轻了医疗系统的负担。而且基于半导体化学电阻型传感器的设计，相较于传统色谱或质谱分析，大幅降低了制造成本，同时，通过选用多样化的传感材料组合，能够针对不同人群和环境条件进行优化，提高检测技术的普及率和适用范围。
19、2.本专利技术通过气体传感技术检测呼气中的异戊二烯浓度，可实现2ppb量级的检测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，所述传感材料为n型In2O3基半导体二维纳米片，纳米片的厚度为10-100nm，纳米片的孔径为2-50nm的介孔。
2.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，所述传感材料为在n型In2O3基半导体二维纳米片基底上掺杂0-10wt.％含量的p型杂质Cr、Cu、Ni的p-n异质结。
3.根据权利要求2所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，p-n异质结上均匀负载Pt纳米团簇，其中Pt纳米团簇的直径为2-5nm。
4.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，在150-350℃的工作温度下具有2-500ppb的检测下限，对异戊二烯的特异性响应为对呼气中的二氧化碳、氨气、丙酮、乙烷、甲基硫醇气体响应的4-10倍。
5.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，异戊二烯传感循环稳定性不低于9次，时间不低于1.6h。
6.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征
7.一种数显便携式传感设备，其特征在于，包括半导体气体传感器，其中半导体气体传感器的传感芯片电极表面集成权利要求1-6任意一项所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，所述用于呼气中异戊二烯检测的传感材料作为与异戊二烯分子相互作用的感测层，其中所述传感芯片电极为叉指电极、环形电极、网格电极、条形电极、阵列电极、微流控电极、分段电极、三电极系统的其中一种。
8.根据权利要求7所述的一种数显便携式传感设备，其特征在于，用于呼气中异戊二烯检测的传感材料集成在半导体气体传感器上的集成方法包括：配制含有10-80％固含量权利要求1所述用于呼气中异戊二烯检测的传感材料的乙醇浆液并在室温下以300-2000r·min-1的速率充分搅拌0.5-12h以上，用移液枪移取1-50μL滴涂乙醇浆液至半导体气体传感器上的传感芯片电极表面，在室温下干燥后，转移至马弗炉在空气气氛下150-450℃煅烧2-24h。
9.根据权利要求7-8任意一项所述的一种数显便携式传感设备，其特征在于，所述数显便携式传感设备用于在0.01-3s内检测出潜在肺癌患者呼气中的异戊二烯浓度，并在0.01-6s内传感数值归零。
10.根据权利要求9任意一项所述的一种数显便携式传感设备，其特征在于，当所述数显便携式传感设备测试得到潜在肺癌患者的呼气中的异戊二烯浓度低于健康人群呼气中的异戊二烯浓度，筛选测试者为潜在肺癌患者。
...【技术特征摘要】
1.一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，所述传感材料为n型in2o3基半导体二维纳米片，纳米片的厚度为10-100nm，纳米片的孔径为2-50nm的介孔。
2.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，所述传感材料为在n型in2o3基半导体二维纳米片基底上掺杂0-10wt.％含量的p型杂质cr、cu、ni的p-n异质结。
3.根据权利要求2所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，p-n异质结上均匀负载pt纳米团簇，其中pt纳米团簇的直径为2-5nm。
4.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，在150-350℃的工作温度下具有2-500ppb的检测下限，对异戊二烯的特异性响应为对呼气中的二氧化碳、氨气、丙酮、乙烷、甲基硫醇气体响应的4-10倍。
5.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，异戊二烯传感循环稳定性不低于9次，时间不低于1.6h。
6.如权利要求1所述的一种用于呼气中异戊二烯检测的传感材料，其特征在于，在0-100rh％的环境湿度下，电流基线漂移与响应值均偏移小于5％。
7.一种数显便携式传感设备，其特征在于，包括半导体气体传感器，其中半导体...
【专利技术属性】
技术研发人员：王青月，刘平伟，程烨，林嘉河，王文俊，
申请(专利权)人：浙江大学衢州研究院，
类型：发明
国别省市：
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