stringtranslate.com

Массив химических датчиков

Химическая сенсорная матрица — это архитектура сенсора с несколькими сенсорными компонентами, которые создают шаблон для обнаружения аналита из аддитивных ответов отдельных сенсорных компонентов. Существует несколько типов химических сенсорных матриц, включая электронные, оптические, акустические волновые и потенциометрические устройства. Эти химические сенсорные матрицы могут использовать несколько типов сенсоров, которые являются перекрестно-реагирующими или настроены на обнаружение определенных аналитов. [1] [2] [3] [4]

Обзор

Определение

Компоненты матрицы датчиков представляют собой отдельные датчики, которые выбираются на основе их индивидуальных свойств чувствительности (т. е. метода обнаружения, специфичности для определенного класса аналитов и молекулярного взаимодействия). Компоненты датчиков выбираются так, чтобы реагировать на как можно большее количество аналитов; поэтому, хотя чувствительность и селективность отдельных компонентов датчиков различаются, датчики оказывают аддитивный эффект, создавая неселективный отпечаток для определенного аналита при объединении в архитектуру матрицы. [1] Распознавание отпечатков позволяет обнаруживать аналиты в смесях. [1] [2] Химические матрицы датчиков отличаются от других многоаналитных тестов, таких как анализ мочи палочкой , который использует несколько специфических сенсорных материалов для целевого обнаружения аналитов в смеси; [1] вместо этого химические матрицы датчиков полагаются на перекрестную реактивность отдельных компонентов датчика для создания отпечатков на основе аддитивных реакций компонентов датчика на целевой аналит. [1] [2] [5] [3]

Сравнение с другими химическими датчиками

Устройства с одним датчиком определяют целевые аналиты на основе физических, оптических и электронных свойств. Некоторые датчики содержат определенные молекулярные мишени для обеспечения прочного и специфического связывания с определенным аналитом; однако, хотя этот подход является специфическим, сложная смесь влияет на производительность датчика. Некоторые из этих сложных смесей включают запахи и пары, выдыхаемые из легких. [1] Отдельные химические датчики часто используют контролируемые среды обнаружения, а изменения в условиях окружающей среды (например, температура и влажность ) могут влиять на производительность датчика. [2] [5] Массивы химических датчиков используют распознавание образов комбинаторных реакций перекрестно-реагирующих компонентов датчика, чтобы обеспечить обнаружение разнообразного набора смесей в различных условиях. [1] [2] [5] [3] Часто отмечают, что химические сенсорные массивы имитируют пять чувств — слух , вкус , обоняние , соматосенсорику и зрение — поскольку комбинаторные реакции на различные компоненты массива конкретных аналитов создают отпечатки для конкретных аналитов или смесей, используя как целевые молекулярные взаимодействия, так и распознавание образов. [3] [4]

История

История массивов химических датчиков тесно связана с развитием других технологий химических датчиков, причем исследования в области электронных химических датчиков начались в 1960-х годах с демонстрацией датчиков на основе оксида металла и полупроводника, способных проводить анализы, например, на наличие кислорода. [6] Люди способны идентифицировать и различать приблизительно 10 000 запахов или более, при этом обладая только 400 обонятельными рецепторами . [3] Обработка сигналов в мозге отдельных компонентов массива ответов обонятельных рецепторов приводит к распознаванию образов для различения конкретного запаха. [3] Одной из целей проектирования многих массивов химических датчиков является имитация работы обоняния для разработки электронного носа, интегрированного с различными материалами. [7] Объединение массивов химических датчиков с методами распознавания образов имитирует биологические методы сенсорного распознавания. [8] См. рисунок 1. Существуют коммерчески доступные системы электронного носа, которые используются в пищевой промышленности для контроля качества. Текущие исследовательские работы демонстрируют внедрение принципа электронного носа в мониторинг окружающей среды и медицину как в качестве коммерческих инструментов, так и в качестве носимых электронных устройств потребительского класса. [9] В основе массивов химических датчиков лежит принцип, согласно которому различные аналиты будут по-разному взаимодействовать с различными материалами. Таким образом, в массиве датчиков может использоваться любой вид материала, если он по-разному реагирует на различные аналиты или смеси. Исходя из этой идеи, перекрестно-реактивные массивы датчиков стали центром разработки массивов химических датчиков из-за их широкой совместимости с соединениями как компонентами смесей. [1]

Рисунок 1. Дизайн и вдохновение для многих массивов химических датчиков — это одно или несколько из пяти чувств, таких как обоняние или вкус. Как показано здесь, процесс использования данных массива датчиков можно разбить на аналогичные этапы, как и биологическое обнаружение запаха: 1. получение сигнала, 2. обработка сигнала, 3. сравнение сигнала с тем, что уже известно, и 4. создание ответа.

Обработка сигналов массива

Сигнал(ы), поступающие от датчика массива, должны быть обработаны и сравнены с уже известными шаблонами. Многие методы полезны при обработке данных массива, включая анализ главных компонентов (PCA), анализ наименьших квадратов и, в последнее время, обучение нейронных сетей и использование машинного обучения для разработки и идентификации шаблонов. [1] [4] Машинное обучение стало более поздней разработкой для генерации и распознавания шаблонов для данных массива химических датчиков. [10] [11] [12] Выбранный метод анализа данных зависит от множества факторов, включая параметры зондирования, желаемое использование информации (количественное или качественное) и метод обнаружения, которые можно классифицировать по четырем основным типам массива химических датчиков: электронные, оптические, акустические волны и электрохимические массивы датчиков. [1] [2] [5]

Массивы электронных химических сенсоров

Первый тип массива химических датчиков полагается на модуляцию электронного сигнала для получения сигнала. Этот тип массива химических датчиков часто использует полупроводниковый материал, такой как металлооксидные полупроводники , проводящие полимеры , наноматериалы или каркасные материалы, такие как металлоорганические и ковалентно-органические каркасы. [1] Одной из простейших архитектур устройств для электронного химического датчика является хемирезистор , а другие архитектуры включают конденсаторы и транзисторы ; эти материалы имеют сопротивление, которое может быть изменено посредством физадсорбции или хемосорбции целевых молекул и, таким образом, измеряемого сигнала как изменение электрического тока , емкости или напряжения . [1]

Металлооксидные полупроводники в электронных химических сенсорных матрицах

Металлооксидные полупроводники впервые были описаны в 1960-х годах как хемирезисторный датчик для обнаружения одного аналита органических паров. [1] Первые коммерчески доступные хемирезистивные датчики использовали металлооксидные полупроводники для обнаружения оксида углерода . [1] [12] Хотя они наиболее известны своим использованием в детекторах оксида углерода , металлооксидные полупроводники способны определять другие аналиты посредством стратегической настройки их состава. [12] Высокая рабочая температура, необходимая для работы этих датчиков, делает эти полупроводники неэффективными и перекрестно реагирующими, особенно с водой. [1] [5]

В 1990-х годах несколько исследователей из Университета Уорика создали первую перекрестно-реактивную (неселективную) матрицу датчиков на основе металл-оксида-полупроводника, интегрированную с программным обеспечением для распознавания образов для обнаружения и различения органических паров, включая ацетон , этанол , метанол и ксилол , в многоаналитных смесях. [1] [12] Эта система электронного носа была известна как Warwick Nose и объединяла коммерчески доступные полупроводники на основе олова и кремния в формат матрицы для обнаружения газа, см . Рисунок 2. [13] Текущие усилия направлены на развитие формата матриц металл-оксида-полупроводника с использованием методов микропроизводства для обеспечения возможности создания меньших конструкций матриц и интеграции компонентов обработки сигнала в каждый компонент матрицы. Эти микроустройства показали многообещающие результаты с пониженными пределами обнаружения и улучшенной способностью различать летучие органические соединения и оксид углерода с помощью матриц, содержащих разное количество устройств, и эти системы также уменьшают количество материала датчика с помощью тонких пленок оксидов металлов. [14] Также было показано, что чувствительность датчиков зависит от изменения соотношения металла в каждом устройстве, а при обработке данных использовался анализ наименьших квадратов. [12]

Другим примером металлооксидных полупроводников являются массивы металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторов (МОП-транзисторов), которые состоят из каталитически активного металла затвора (например, палладия ) над слоем диоксида кремния на кремниевой основе p-типа с n-легированными каналами, прилегающими к затвору, и они использовались для обнаружения водорода , аммиака и этанола. [1] Эти МОП-транзисторы посредством адсорбированного аналита модулируют рабочую функцию затвора полупроводника , что вызывает изменения напряжения на устройстве. [1] МОП-транзисторы обладают высокой настраиваемостью, но остаются ограниченными из-за своей перекрестной реактивности и высоких рабочих температур. [2]

Полимеры с внутренней проводимостью в электронных химических сенсорных матрицах

Несколько представляющих интерес полимеров с внутренней проводимостью включают полиацетилен , политиофен и полианилин , а другие могут быть сделаны проводящими с помощью процессов, включая химическое легирование . [1] [2] Основная химия, лежащая в основе электронного сенсорного механизма проводящих полимеров, заключается в модуляции проводимости этих полимеров при изменении их физической структуры (набухании) в результате взаимодействия с аналитами (в основном за счет абсорбции). [1] Преимущество использования проводящих полимеров в сенсорных матрицах заключается в том, что существует синтетический доступ к обширной библиотеке полимеров. В результате проводящие полимеры являются многообещающей альтернативой металл-оксидным полупроводникам, поскольку большее количество датчиков с различными функциональными возможностями может быть использовано для разработки более надежной матрицы, адаптированной для конкретных приложений. Идентичность мономера, условия полимеризации и методы изготовления устройств влияют как на морфологические, так и на химические свойства проводящих полимеров, что также способствует большему разнообразию возможных компонентов матрицы, которые могут быть разработаны. [1] [2] [8] Ограничения массивов проводящих полимеров аналогичны ограничениям аналогов отдельных датчиков в том, что пути передачи сигнала через полимерный материал плохо изучены, и оба испытывают трудности с обнаружением неполярных видов из-за минимальной адсорбции на полимере. [1] Несколько коммерчески доступных систем доступны и используются для анализа пищевых продуктов и обнаружения летучих органических соединений ; однако прогресс в продвижении массивов хемирезистивных датчиков, использующих проводящие полимеры, замедлился по мере разработки других материалов и методов обнаружения. [1]

Наноматериалы в электронных химических сенсорных матрицах

Разработка новых наноматериалов, таких как графен , углеродные нанотрубки и 2D и 3D каркасные материалы, были представлены как новые классы материалов для применения в электронных химических сенсорных массивах. Для графена и углеродных нанотрубок функционализация поверхности посредством ковалентной или нековалентной модификации и дефекты краевых участков используются в качестве участков для взаимодействия хозяин-гость . Одним из таких примеров являются однослойные углеродные нанотрубки, модифицированные различными металлопорфиринами для обеспечения дискриминации летучих органических соединений . [15] [16]

Проводящие каркасные материалы в электронных химических сенсорных матрицах

Проводящие каркасные материалы имеют схожие механизмы для восприятия; однако эти материалы могут быть разработаны с установленными активными сайтами, настроенными на определенное молекулярное взаимодействие. [17] Биметаллические металлофталоцианиновые металлоорганические каркасы (MOF) и ковалентные органические каркасы (COF) показали себя многообещающими в хемирезисторах с одним устройством при измерении сероводорода , аммиака и оксида азота . [18] [19] Разработка этих материалов в качестве хемирезисторов позволяет осуществлять стратегическое проектирование массивов, способных к целевым молекулярным взаимодействиям, которые могут быть использованы для разработки компонентов массива, адаптированных для восприятия определенных соединений. Вычислительные исследования нескольких MOF также были сосредоточены на оптимизации того, какие комбинации MOF лучше всего подходят для восприятия определенных компонентов в различных смесях. [20] Фокус на курировании компонентов каркасного массива продемонстрировал возможность экспериментального и вычислительного проектирования надежных сенсорных массивов. [21] [22]

Массивы электронных химических сенсоров из смешанных материалов

Были предприняты попытки преодолеть специфические ограничения различных классов материалов, подходящих для использования в электронных химических сенсорных матрицах, путем объединения сенсоров, изготовленных из различных материалов, в одну матрицу. [1] Одним из примеров являются нанопровода из оксида металла, покрытые тонкими пленками MOF, которые, как сообщается, обладают улучшенными характеристиками чувствительности по сравнению с сенсорами, изготовленными из отдельных материалов. [23] Смеси технического углерода и полимера также показали улучшенную дискриминацию аналита и сигналы элементов матрицы, что обеспечивает улучшенное обнаружение летучих органических соединений как в различных классах, так и в пределах одного класса. [24] [25]

Молекулярно-импринтированные полимеры также были интегрированы в форматы массивов и продемонстрировали свою полезность, поскольку процесс импринтинга позволяет адаптировать молекулярно-импринтированные полимерные массивы к конкретным аналитам. [26]

Оптические/колориметрические химические сенсорные матрицы

Рисунок 2. Обзор принципов, лежащих в основе колориметрических и флуориметрических сенсорных матриц. 1. Сконструированная матрица из нескольких колориметрических и/или флуориметрических сенсоров. 2-3. Воздействие на матрицу определенных аналитов позволяет идентифицировать компоненты по отпечаткам пальцев. 4. Многокомпонентный анализ смеси может быть достигнут с помощью распознавания образов известных отпечатков пальцев. Этот процесс является еще одним обобщением рисунка 1. Адаптировано из рисунка, созданного Аскимом и соавторами. [3]

Отдельно от электронных химических сенсорных матриц находятся оптические химические сенсорные матрицы, которые исследуют химические взаимодействия между целевыми аналитами и чувствительным материалом с помощью света ( ультрафиолетового , видимого , инфракрасного ). Как правило, оптические датчики исследуют химические взаимодействия со светом с помощью различных количественных методов, включая поглощение , дифракцию , флуоресценцию , преломление и рассеяние . [3] [4] Как правило, флуоресцентные датчики показывают большую чувствительность, чем другие оптические методы. [3] Оптические датчики состоят из источника света, фильтра(ов) длин волн, образца и детектора, с вариациями в конструкции датчика на основе используемого метода. [3] Подобно электронному носу, оптические химические сенсорные матрицы были отнесены к категории оптоэлектронного носа и аналогичным образом работают, разрабатывая отпечатки пальцев для определенных соединений и используя распознавание образов для идентификации этих компонентов в смеси. На рисунке 2 показаны принципы, лежащие в основе колориметрических и флуориметрических сенсорных матриц. Химические взаимодействия с красителями приводят к изменениям света, обнаруживаемого в оптическом датчике.

Оптические датчики требуют селективного взаимодействия с аналитами, и требуются два компонента: материал зонда и хромо- или флуорофор . [3] [4] Перекрестно-реактивные оптические и флуоресцентные массивы требуют стратегического рассмотрения молекулярных взаимодействий между зондами и аналитами. Подобно электрическим химическим сенсорным массивам, оптические химические сенсорные массивы сталкиваются с трудностями при распознавании в присутствии конкурирующих аналитов, таких как вода. [1] [2] [3] Рассмотрение взаимодействий хозяин-гость позволяет массиву исследовать различные молекулярные особенности, поскольку интеграция «разнородных сенсоров» (неселективных), таких как оптически активные полимеры, позволяет недискриминационно определять различные соединения, в первую очередь основанные на гидрофобности , а так называемые «моногамные» сенсоры с эксклюзивным связыванием с определенным аналитом (во многом похоже на конструкцию «замок и ключ») улучшат специфичность и применимость колориметрического сенсорного массива. Независимо от типа чувствительного зонда существует пять основных типов межмолекулярного взаимодействия , которые приводят к измеримым колориметрическим изменениям материала. [3]

Кислотно-основные взаимодействия Бренстеда-Лоури в колориметрических химических сенсорных матрицах

Кислотно-основные взаимодействия Бренстеда-Лоури, такие как взаимодействия красителей, обычно используемых в качестве индикаторов pH, являются одним из самых ранних методов колориметрического зондирования. С начала 20-го века природные красители, такие как 7-гидроксиохеноксазон ( лакмус ) и антоциановый оксониевый краситель, использовались как в качестве индикаторов pH, так и в качестве колориметрических датчиков. [4] Было разработано много других хромофоров с кислотно-основной функциональностью Бренстеда-Лоури, таких как азокрасители , нитрофенолы , фталеины и сульфонфталеины. [4] Кислотно-основная функциональность Бренстеда-Лоури этих хромофоров связана с определенными химическими группами в их структурах и их соответствующим pKa . Изменения цвета в результате событий протонирования / депротонирования можно в широком смысле определить как межмолекулярные взаимодействия с кислотой или основанием определенной силы и / или концентрации. [3] [4]

Кислотно-основные взаимодействия Льюиса в колориметрических химических сенсорных матрицах

В то время как кислотно-основные взаимодействия Бренстеда-Лоури чувствительны к широкому спектру соединений, кислотно-основные взаимодействия Льюиса включают в себя некоторые из наиболее чувствительных наборов межмолекулярных взаимодействий, имеющих отношение к колориметрическим химическим сенсорным матрицам. [3] Избирательность кислотно-основных взаимодействий Льюиса в химическом распознавании подчеркивается тем фактом, что самые резкие запахи возникают из оснований Льюиса ( тиолы , фосфины , амины ), а обонятельные рецепторы , содержащие катионы металлов, используемые для их восприятия при некоторых из самых низких концентраций всех молекулярных мотивов в биологии, используют рецепторы кислот Льюиса. [3] Красители кислот Льюиса (а именно катионы металлов с открытым координационным сайтом ) используются в биологическом обонянии для восприятия. [4] Таким образом, кислоты Льюиса, такие как металлопорфирины, представляют особый интерес для исследователей, разрабатывающих колориметрические датчики, из-за их сильных кислотно-основных взаимодействий Льюиса. [4]

Рисунок 3. Портативный электронный нос (HEN) использует матрицу химических датчиков для оценки ферментации чая, что позволяет оптимизировать процесс приготовления и качество чая.

Другие взаимодействия в матрицах колориметрических химических датчиков

Файл:Cyranose 320 Labelled.jpg

Рисунок 4. Схема электронного носа Cyranose 320, использующего массив из 32 черных углеродных полимеров для обнаружения бактерий, вызывающих глазные инфекции. Изображение предоставлено Cyranose Sciences Inc. [27]

Было показано, что множество других обратимых молекулярных взаимодействий вызывают изменения цвета при взаимодействии с аналитами. К ним относятся окислительно-восстановительно активные хромо- и флуорофоры, которые претерпевают определенные изменения цвета при различных приложенных потенциалах. [3] [4] Также существует множество красителей, таких как мероцианин и азобензол , которые демонстрируют изменения цвета в зависимости от полярности их окружения. [3] Механизм «push-pull» электронной плотности через эти системы посредством межмолекулярных взаимодействий приводит к увеличению их дипольных моментов между основным и возбужденным состояниями , что проявляется в виде наблюдаемых изменений оптического перехода . [4] Развитие наноматериалов позволило модифицировать поверхность некоторых красителей (особенно окислительно-восстановительно активных красителей), чтобы обеспечить высокую чувствительность из-за большего соотношения площади поверхности к объему, что приводит к большему количеству активных участков для взаимодействия аналита с красителями. [28]

Изготовление массива колориметрических химических датчиков

В отличие от материалов, используемых в электронных химических сенсорных матрицах, в которых прямое взаимодействие между чувствительным материалом и аналитом приводит к передаче сигнала в виде изменения проводимости или напряжения, изготовление колориметрических сенсорных матриц требует рассмотрения как взаимодействия аналита с субстратом, так и передачи оптического сигнала. [29] Один из методов изготовления колориметрических сенсорных матриц включает подготовку микросфер путем суспендирования красителей в инертной и прозрачной матрице. Затем эти микросферы включаются в волоконную оптику . [3] Другие методы изготовления колориметрических сенсорных матриц включают печать массива флуоресцентных и колориметрических красителей (либо напрямую, либо в нанопористой матрице) на различных подложках, включая бумагу , силикагель или пористые полимерные мембраны . [3]

Включение цифровой визуализации и/или освещения элементов массива оптических химических датчиков позволяет осуществлять быструю передачу сигнала в реальном времени колориметрических данных измерений в реальном времени колориметрических и флуоресцентных данных от микросферических или пластинчатых датчиков. [3] [28] Детекторы могут обрабатывать определенные длины волн света или использовать программы обработки изображений RGB для анализа данных, полученных с помощью прямого изображения массива датчиков. [3] Подобно электронным химическим сенсорным матрицам, оптические химические сенсорные матрицы миниатюризируются с использованием методов микропроизводства для повышения применимости. Последние достижения в области оптических химических сенсорных матриц привели к тому, что сенсорные матрицы напрямую интегрируются в планшетные сканеры и мобильную электронику, такую ​​как смартфоны (через изготовление микропланшетов). [3] Эти микропланшетные массивы позволяют проводить колориметрический анализ сложных смесей в различных фазах с применением для идентификации токсичных промышленных химикатов с использованием перекрестно-реактивных нанопористых пигментов, [30] диагностики рака с использованием массива золотых наночастиц - зеленых флуоресцентных белков, [31] а также разработки и оценки комбинаторных библиотек комплексов металл-краситель как самих сенсоров. [32]

Другие типы массивов химических сенсоров

Хотя они и менее распространены, существуют две другие классификации устройств с продемонстрированной функциональностью в виде массивов химических датчиков. К ним относятся волновые устройства и электрохимические датчики.

Волновые устройства как массивы химических сенсоров

Существует несколько основных типов волновых устройств, включая акустические волновые устройства, резонаторы сдвиговой моды толщины (TSM) и кварцевые микровесы . Эти устройства колеблются на известных частотах, а их частоты колебаний модулируются изменениями массы устройства. Эти устройства могут быть модифицированы с помощью множества материалов, которые уже обсуждались как полезные материалы в массиве химических датчиков. [1] Все эти материалы отличаются широкой совместимостью их межмолекулярных взаимодействий, а также селективными взаимодействиями с различными соединениями, которые при совместном использовании позволяют обнаруживать отпечатки пальцев соединений в смесях. [1]

Модификация волновых устройств с использованием таких материалов, как микрообработанные кантилеверы из оксида металла, покрытые полимерными пленками, позволяет улучшить обнаружение смесей летучих органических соединений, а также газообразного водорода и паров ртути . [33] [34] Устройства на объемных и поверхностных акустических волнах использовались в датчиках более высокого порядка, в которых чувствительный материал создает несколько режимов для передачи сигнала, таких как электрические и оптические; кроме того, те же волновые устройства также использовались для создания виртуальных массивов химических датчиков, в которых данные с одного компонента датчика подвергаются дальнейшей обработке. [35] Массив химических датчиков из поверхностно-модифицированных кварцевых кристаллических микровесов с различными материалами, включая фталоцианин меди, одно- и многослойные углеродные нанотрубки, был показан как перспективный электронный нос для газового зондирования, когда для обработки данных использовались алгоритмы машинного обучения. [36]

Электрохимические сенсорные матрицы

Другим классом устройств, используемых в химических сенсорных матрицах, являются электроды. Обычно электрохимические сенсоры называют электронными языками . [37] Поверхностная модификация электрода в многоэлектродной системе позволяет нацеливать определенные молекулярные взаимодействия. [37] Полупроницаемые мембранные материалы позволяют превращать электроды в сенсоры благодаря их способности избирательно окислять или восстанавливать целевые аналиты. [1] Одним из примеров является использование матрицы полупроницаемых мембранных сенсоров, изготовленных из потенциометрических полимеров, таких как поливинилхлорид, которые продемонстрировали свою способность контролировать концентрации нитратов , нитритов и аммония в водном растворе. [38] Были разработаны как вольтаметрические, так и потенциометрические методы, и эта техника является активной областью исследований не только для многоаналитного анализа водных растворов, таких как спинномозговая жидкость , но и для дифференциации окислительно-восстановительных продуктов в электрохимических реакциях. [26] [37]

Примеры массивов химических датчиков с реальным применением

Существует множество хорошо понятных и новых исследований, направленных на разработку массивов химических датчиков для различных приложений. Аналитические устройства, интегрированные с массивом химических датчиков, были предложены в качестве диагностических тестов на рак , бактериальные инфекции [39] на основе анализа отпечатков пальцев выдыхаемого воздуха, а также для контроля качества продуктов питания и продукции. [40] Вот несколько примеров:

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab Альберт, Кит Дж.; Льюис, Натан С.; Шауэр, Кэролайн Л.; Сотцинг, Грегори А.; Штитцель, Шеннон Э.; Вайд, Томас П.; Уолт, Дэвид Р. (2000-07-01). "Перекрестно-реактивные химические сенсорные массивы". Chemical Reviews . 100 (7): 2595–2626. doi :10.1021/cr980102w. ISSN  0009-2665. PMID  11749297.
  2. ^ abcdefghij Джонсон, Кевин Дж.; Роуз-Перссон, Сьюзан Л. (2015-07-10). «Проектирование сенсорной матрицы для сложных задач зондирования». Annual Review of Analytical Chemistry . 8 (1): 287–310. Bibcode :2015ARAC....8..287J. doi :10.1146/annurev-anchem-062011-143205. ISSN  1936-1327. PMID  26132346.
  3. ^ abcdefghijklmnopqrstu vw Ли, Чжэн; Аским, Джон Р.; Суслик, Кеннет С. (2019-01-09). «Оптоэлектронный нос: колориметрические и флуорометрические сенсорные матрицы». Chemical Reviews . 119 (1): 231–292. doi :10.1021/acs.chemrev.8b00226. ISSN  0009-2665. PMID  30207700. S2CID  206542436.
  4. ^ abcdefghijkl Аским, Джон Р.; Махмуди, Мортеза; Суслик, Кеннет С. (2013-10-21). «Оптические сенсорные матрицы для химического зондирования: оптоэлектронный нос». Chemical Society Reviews . 42 (22): 8649–8682. doi :10.1039/C3CS60179J. ISSN  1460-4744. PMID  24091381.
  5. ^ abcde Джаната, Иржи; Йосович, Мира; Ванисек, Петр; ДеВэни, Д. Майкл (1 июня 1998 г.). «Химические сенсоры». Аналитическая химия . 70 (12): 179–208. дои : 10.1021/a1980010w. ISSN  0003-2700.
  6. ^ Сейяма, Тетсуро; Като, Акио; Фудзииси, Киёси; Нагатани, Масанори (1962-10-01). «Новый детектор для газообразных компонентов с использованием полупроводниковых тонких плёнок». Аналитическая химия . 34 (11): 1502–1503. doi :10.1021/ac60191a001. ISSN  0003-2700.
  7. ^ Svechtarova, Mila I.; Buzzacchera, Irene; Toebes, B. Jelle; Lauko, Jan; Anton, Nicoleta; Wilson, Christopher J. (2016). «Сенсорные устройства, вдохновленные пятью чувствами: обзор». Electroanalysis . 28 (6): 1201–1241. doi : 10.1002/elan.201600047 . ISSN  1521-4109.
  8. ^ ab Cuypers, Wim; Lieberzeit, Peter A. (2018). «Объединение двух принципов отбора: сенсорные массивы, основанные как на биомиметическом распознавании, так и на хемометрике». Frontiers in Chemistry . 6 : 268. doi : 10.3389/fchem.2018.00268 . ISSN  2296-2646. PMC 6088186. PMID 30128311  . 
  9. ^ Дикинсон, Тодд А.; Уайт, Джоэл; Кауэр, Джон С.; Уолт, Дэвид Р. (1998-06-01). «Текущие тенденции в технологии «искусственного носа»». Тенденции в биотехнологии . 16 (6): 250–258. doi :10.1016/S0167-7799(98)01185-8. ISSN  0167-7799. PMID  9652136.
  10. ^ Шредер, Вера; Эванс, Итан Д.; Ву, Ю-Чи Мейсон; Фолль, Константин-Кристиан А.; Макдональд, Бенджамин Р.; Савагатруп, Сухол; Свагер, Тимоти М. (2019-08-23). ​​«Массив хемирезистивных датчиков и классификация продуктов питания с помощью машинного обучения». ACS Sensors . 4 (8): 2101–2108. doi : 10.1021/acssensors.9b00825. hdl : 1721.1/128141 . PMID  31339035. S2CID  198192747.
  11. ^ Юрс, ПК; Баккен, ГА; Макклелланд, Х.Э. (2000-07-01). «Вычислительные методы анализа данных химических сенсорных матриц из летучих аналитов». Chemical Reviews . 100 (7): 2649–2678. doi :10.1021/cr9800964. ISSN  0009-2665. PMID  11749299.
  12. ^ abcde Wolfrum, Edward J.; Meglen, Robert M.; Peterson, Darren; Sluiter, Justin (2006-05-23). ​​"Массивы датчиков на основе оксидов металлов для обнаружения, дифференциации и количественного определения летучих органических соединений на уровнях концентрации в долях миллионной доли". Датчики и приводы B: Химия . 115 (1): 322–329. Bibcode : 2006SeAcB.115..322W. doi : 10.1016/j.snb.2005.09.026. ISSN  0925-4005.
  13. ^ "Электронные носы". warwick.ac.uk . Получено 2021-02-24 .
  14. ^ Су, Мин; Ли, Шую; Дравид, Винаяк П. (2003-08-01). «Миниатюрная химическая мультиплексная сенсорная матрица». Журнал Американского химического общества . 125 (33): 9930–9931. doi :10.1021/ja035727c. ISSN  0002-7863. PMID  12914449.
  15. ^ Liu, Sophie F.; Moh, Lionel CH; Swager, Timothy M. (2015-05-26). «Массивы хемирезистивных газовых сенсоров на основе однослойной углеродной нанотрубки и металлопорфирина для летучих органических соединений». Химия материалов . 27 (10): 3560–3563. doi : 10.1021/acs.chemmater.5b00153. hdl : 1721.1/108262 . ISSN  0897-4756. S2CID  100421482.
  16. ^ Ширсат, Махендра Д.; Саркар, Тапан; Какуллис, Джеймс; Мьюнг, Носанг В.; Коннанат, Бхаратан; Спаниас, Андреас; Мулчандани, Ашок (2012-02-09). "Массивы хемирезистивных сенсоров на основе однослойных углеродных нанотрубок с порфириновой функциональностью для летучих органических соединений". Журнал физической химии C. 116 ( 5): 3845–3850. doi :10.1021/jp210582t. ISSN  1932-7447. PMC 3292351. PMID 22393460  . 
  17. ^ Кэмпбелл, Майкл Г.; Лю, Софи Ф.; Свагер, Тимоти М.; Динкэ, Мирча (04 ноября 2015 г.). «Хеморезистивные сенсорные матрицы из проводящих 2D металлоорганических каркасов». Журнал Американского химического общества . 137 (43): 13780–13783. дои : 10.1021/jacs.5b09600 . hdl : 1721.1/110513 . ISSN  0002-7863. ПМИД  26456526.
  18. ^ Мэн, Чжэн; Айканат, Айлин; Мирика, Кэтрин А. (06 февраля 2019 г.). «Сварка металлофталоцианинов в биметаллические молекулярные сетки для сверхчувствительного маломощного хемирезистивного обнаружения газов». Журнал Американского химического общества . 141 (5): 2046–2053. дои : 10.1021/jacs.8b11257. ISSN  0002-7863. PMID  30596491. S2CID  58654557.
  19. ^ Мэн, Чжэн; Штольц, Роберт М.; Мирика, Кэтрин А. (2019-07-31). «Двумерный хемирезистивный ковалентный органический каркас с высокой собственной проводимостью». Журнал Американского химического общества . 141 (30): 11929–11937. doi :10.1021/jacs.9b03441. ISSN  0002-7863. PMID  31241936. S2CID  195694903.
  20. ^ Густафсон, Дженна А.; Вилмер, Кристофер Э. (2017-03-23). ​​«Вычислительное проектирование массивов металл–органических каркасов для газового зондирования: влияние размера и состава массива на производительность датчика». Журнал физической химии C. 121 ( 11): 6033–6038. doi :10.1021/acs.jpcc.6b09740. ISSN  1932-7447.
  21. ^ Соуза, Рэйчел; Саймон, Кори М. (2020-12-24). «Оценка пригодности комбинаций адсорбентов для количественных газовых сенсорных массивов». ACS Sensors . 5 (12): 4035–4047. doi :10.1021/acssensors.0c02014. PMID  33297672. S2CID  228087991.
  22. ^ Sturluson, Arni; Sousa, Rachel; Zhang, Yujing; Huynh, Melanie T.; Laird, Caleb; York, Arthur HP; Silsby, Carson; Chang, Chih-Hung; Simon, Cory M. (2020-02-05). «Curating Metal–Organic Frameworks To Compose Hardest Gas Sensor Arrays in Dilute Conditions». ACS Applied Materials & Interfaces . 12 (5): 6546–6564. doi :10.1021/acsami.9b16561. ISSN  1944-8244. PMID  31918544. S2CID  210133455.
  23. ^ Яо, Мин-Шуй; Тан, Вэнь-Сян; Ван, Гуань-Э.; Нат, Бхаскар; Сюй, Ганг (2016). «Массив металл-оксидных нанопроволок с тонким покрытием MOF: значительно улучшенные характеристики хемирезисторного датчика». Advanced Materials . 28 (26): 5229–5234. Bibcode :2016AdM....28.5229Y. doi :10.1002/adma.201506457. ISSN  1521-4095. PMID  27153113. S2CID  205267428.
  24. ^ Doleman, Brett J.; Sanner, Robert D.; Severin, Erik J.; Grubbs, Robert H.; Lewis, Nathan S. (1998-07-01). «Использование совместимых полимерных смесей для изготовления массивов детекторов паров из композитного углерода и полимера». Аналитическая химия . 70 (13): 2560–2564. doi :10.1021/ac971238h. ISSN  0003-2700. PMID  9666726.
  25. ^ Лонерган, Марк К.; Северин, Эрик Дж.; Доулман, Бретт Дж.; Бибер, Сара А.; Граббс, Роберт Х.; Льюис, Натан С. (1996-01-01). «Датчики паров на основе массива с использованием химически чувствительных полимерных резисторов на основе сажи». Химия материалов . 8 (9): 2298–2312. doi :10.1021/cm960036j. ISSN  0897-4756.
  26. ^ ab Shimizu, Ken D; Stephenson, Clifton J (2010-12-01). "Молекулярно отпечатанные полимерные сенсорные массивы". Current Opinion in Chemical Biology . Model Systems/Biomolecular Synthesis and Modification. 14 (6): 743–750. doi :10.1016/j.cbpa.2010.07.007. ISSN  1367-5931. PMID  20685156.
  27. ^ "Sensigent". sensigent.com . Получено 2021-02-24 .
  28. ^ ab Patil, Virendra S.; Lee, Myung-Goo; Yun, Jaesub; Lee, Jong-Seok; Lim, Sung H.; Yi, Gi-Ra (2018-10-30). «Химически стойкие пористые подложки, упакованные перфторалкокси-наночастицами, и их использование в массивах колориметрических датчиков». Langmuir . 34 (43): 13014–13024. doi :10.1021/acs.langmuir.8b02481. ISSN  0743-7463. PMID  30278141. S2CID  52911828.
  29. ^ Aernecke, Matthew J.; Walt, David R. (2009-11-05). "Оптоволоконные массивы для измерения паров". Датчики и приводы B: Химия . Специальный выпуск в честь профессора Ингемара Лундстрема. 142 (2): 464–469. Bibcode : 2009SeAcB.142..464A. doi : 10.1016/j.snb.2009.06.054. ISSN  0925-4005.
  30. ^ Фэн, Лян; Мусто, Кристофер Дж.; Кемлинг, Джонатан В.; Лим, Сун Х.; Чжун, Вэньсюань ; Суслик, Кеннет С. (15.11.2010). «Колориметрическая сенсорная матрица для определения и идентификации токсичных промышленных химикатов». Аналитическая химия . 82 (22): 9433–9440. doi :10.1021/ac1020886. ISSN  0003-2700. PMID  20954720. S2CID  10276875.
  31. ^ Рана, Субиной; Сингла, Арвинд К.; Баджадж, Авинаш; Элчи, С. Гохан; Миранда, Оскар Р.; Моут, Рубул; Ян, Бо; Джирик, Фрэнк Р.; Ротелло, Винсент М. (2012-09-25). «Обнаружение метастатических клеток и тканей на основе массивов с использованием конъюгатов наночастиц и флуоресцентных белков». ACS Nano . 6 (9): 8233–8240. doi :10.1021/nn302917e. ISSN  1936-0851. PMC 3603354. PMID  22920837 . 
  32. ^ Роша, Себастьен; Северин, Кей (2010-07-12). «Образцовое зондирование с комплексами металл-краситель: сенсорные массивы против динамических комбинаторных библиотек». Журнал комбинаторной химии . 12 (4): 595–599. doi :10.1021/cc1000727. ISSN  1520-4766. PMID  20518552.
  33. ^ Крукс, Ричард М.; Рикко, Антонио Дж. (1997-07-31). «Новые органические материалы, пригодные для использования в массивах химических датчиков». Архивировано из оригинала 1 июня 2022 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  34. ^ Ланге, Дирк; Хаглейтнер, Кристоф; Хирлеманн, Андреас; Бранд, Оливер; Балтес, Генри (2002-07-01). «Комплементарные массивы кантилеверов из оксидов металлов и полупроводников на одном чипе: чувствительное к массе обнаружение летучих органических соединений». Аналитическая химия . 74 (13): 3084–3095. doi :10.1021/ac011269j. ISSN  0003-2700. PMID  12141668.
  35. ^ Лэнге, Керстин (2019-12-06). "Масштабы датчиков объемных и поверхностных акустических волн для обнаружения нескольких анализируемых веществ: обзор". Датчики (Базель, Швейцария) . 19 (24): 5382. Bibcode : 2019Senso..19.5382L. doi : 10.3390/s19245382 . ISSN  1424-8220. PMC 6960530. PMID  31817599 . 
  36. ^ Muckley, Eric S.; Anazagasty, Cristain; Jacobs, Christopher B.; Hianik, Tibor; Ivanov, Ilia N. (2016-09-27). Kymissis, Ioannis; Shinar, Ruth; Torsi, Luisa (ред.). "Недорогая масштабируемая кварцевая кристаллическая микровесовая матрица для измерения параметров окружающей среды". Organic Sensors and Bioelectronics IX . 9944 . Международное общество оптики и фотоники: 99440Y. Bibcode :2016SPIE.9944E..0YM. doi :10.1117/12.2237942. S2CID  114696805.
  37. ^ abc Братов, А.; Абрамова, Н.; Ипатов, А. (2010-09-30). "Последние тенденции в потенциометрических сенсорных матрицах — обзор". Analytica Chimica Acta . 678 (2): 149–159. Bibcode :2010AcAC..678..149B. doi :10.1016/j.aca.2010.08.035. ISSN  0003-2670. PMID  20888446.
  38. ^ Нуньес, Л.; Чето, X.; Пивидори, MI; Занони, MVB; Дель Валле, М. (2013-09-01). «Разработка и применение электронного языка для обнаружения и мониторинга уровней нитрата, нитрита и аммония в водах». Microchemical Journal . 110 : 273–279. doi : 10.1016/j.microc.2013.04.018 . ISSN  0026-265X.
  39. ^ "Medical Research Highlights". sensigent.com . 14 марта 2018 г. Получено 17 июля 2023 г.
  40. ^ Антес, Эмили. «Электронные носы могут превратить болезни в нечто, что можно вынюхивать». Scientific American . Получено 24.02.2021 .
  41. ^ Шань, Бенджи; Броза, Йоав Ю.; Ли, Вэньцзюань; Ван, Юн; У, Сихань; Лю, Чжэнчжэн; Ван, Цзюн; Гуй, Шую; Ван, Линь; Чжан, Чжихун; Лю, Вэй (2020-09-22). «Мультиплексная сенсорная матрица на основе наноматериалов для обнаружения COVID-19 в выдыхаемом воздухе». ACS Nano . 14 (9): 12125–12132. doi :10.1021/acsnano.0c05657. ISSN  1936-0851. PMC 7457376. PMID 32808759  . 
  42. ^ "WOLF - Enose". warwick.ac.uk . Получено 24.02.2021 .
  43. ^ Павлоу, Александрос К.; Маган, Нареш; МакНалти, Клиодна; Джонс, Джефф; Шарп, Дороти; Браун, Джонатан; Тернер, Энтони П.Ф. (15 июля 2002 г.). «Использование системы электронного носа для диагностики инфекций мочевыводящих путей». Биосенсоры и биоэлектроника . 17 (10): 893–899. doi :10.1016/s0956-5663(02)00078-7. ISSN  0956-5663. PMID  12243908.
  44. ^ "Cyranose 320 Electronic Nose". sensigent.com . 14 марта 2018 г. . Получено 17 июля 2023 г. .
  45. ^ Датта, Ритабан; Хайнс, Эвор Л.; Гарднер, Джулиан В.; Буало, Паскаль (16 октября 2002 г.). «Классификация бактерий с использованием электронного носа Cyranose 320». BioMedical Engineering OnLine . 1 (1): 4. doi : 10.1186/1475-925X-1-4 . ISSN  1475-925X. PMC 149373. PMID 12437783  .