Dans le sens des aiguilles d'une montre de gauche à droite :en haut à gauche, une image SEM agrandie d'une fibre SnO2 assemblée à paroi mince cassée. Ci-dessous, un ensemble de capteurs de respiration (l'encart est la taille réelle d'un capteur de respiration). La droite est la couverture de Matériaux fonctionnels avancés (numéro du 20 mai) dans lequel est publié un article de recherche sur le développement d'un capteur de respiration expirée hautement sensible utilisant des fibres de SnO2. Crédit :KAIST
L'innovation technologique d'aujourd'hui permet aux utilisateurs de smartphones de diagnostiquer rapidement et efficacement des maladies graves telles que le diabète ou le cancer du poumon en respirant simplement dans un petit gadget, un capteur respiratoire en nanofibres, monté sur les téléphones.
Il Doo Kim, Professeur agrégé du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux à l'Institut avancé des sciences et technologies de Corée (KAIST), et son équipe de recherche ont récemment publié un article de couverture intitulé « Thin-Wall Assembled SnO2 Fibers Functionalized by Catalytic Pt Nanoparticles and their Superior Exhaled Breath-Sensing Properties for the Diagnosis of Diabetes, " dans une revue académique, Matériaux fonctionnels avancés (numéro du 20 mai), sur le développement d'un capteur de souffle expiré hautement sensible en utilisant le SnO hiérarchique
Dans le journal, l'équipe de recherche a présenté une évolution morphologique des fibres SnO2, appelées micro-séparations de phases, qui a lieu entre les polymères et les autres solutés dissous lors de la variation du débit d'alimentation d'une solution d'électrofilage et de l'application d'un traitement thermique ultérieur.
Le changement morphologique se traduit par des nanofibres qui ont la forme d'un cylindre ouvert à l'intérieur duquel des nanotubes de SnO2 à couche mince sont superposés puis enroulés. Un certain nombre de pores allongés allant de 10 nanomètres (nm) à 500 nm de longueur le long de la direction des fibres se sont formés à la surface des fibres de SnO2, permettant aux molécules de gaz expiré de pénétrer facilement dans les fibres. La paroi interne et externe des tubes SnO2 est uniformément recouverte de nanoparticules catalytiques de platine (Pt). Selon l'équipe de recherche, fibres SnO2 très poreuses, synthétisé par électrofilage à haut débit, ont montré des réponses d'acétone cinq fois plus élevées que celles des nanofibres denses de SnO2 créées à faible débit. Le revêtement catalytique de Pt a également considérablement réduit le temps de réponse au gaz des fibres.
Il s'agit de l'évolution microstructurale des nanofibres de SnO2 en fonction du débit lors de l'électrofilage. Crédit :KAIST
L'analyse de l'haleine pour le diabète est largement basée sur un test respiratoire à l'acétone, car l'acétone est l'un des composés organiques volatils (COV) spécifiques produits dans le corps humain pour signaler l'apparition de maladies particulières. En d'autres termes, ce sont des biomarqueurs pour prédire certaines maladies comme l'acétone pour le diabète, toluène pour le cancer du poumon, et l'ammoniac pour le dysfonctionnement des reins. L'analyse de l'haleine pour l'évaluation médicale a attiré beaucoup d'attention car elle est moins intrusive que l'examen médical conventionnel, ainsi que rapide et pratique, et respectueux de l'environnement, ne laissant presque aucun déchet biologique.
Diverses techniques de détection de gaz ont été adoptées pour analyser les COV, notamment la chromatographie en phase gazeuse-spectroscopie de masse (GC-MS), mais ces techniques sont difficiles à intégrer dans des capteurs de gaz portables en temps réel car le matériel de test est encombrant et coûteux, et leur fonctionnement est plus complexe. Capteurs de gaz chimirésistifs à base d'oxyde métallique, cependant, offrent une plus grande facilité d'utilisation pour les capteurs de respiration portables en temps réel.
Il-Doo Kim a dit, « Les nanofibres d'oxyde métallique chargées de catalyseur synthétisées par électrofilage ont un grand potentiel pour les futures applications de capteurs de respiration expirée. D'après nos recherches, nous avons obtenu les résultats que le SnO revêtu de Pt
Le niveau d'acétone expiré des patients diabétiques dépasse 1,8 partie par million (ppm), which is two to six-fold higher than that (0.3-0.9 ppm) of healthy people. Par conséquent, a highly sensitive detection that responds to acetone below 1 ppm, in the presence of other exhaled gases as well as under the humid environment of human breath, is important for an accurate diagnosis of diabetes. En outre, Professor Kim said, "a trace concentration of toluene (30 ppb) in exhaled breath is regarded to be a distinctive early symptom of lung cancer, which we were able to detect with our prototype breath tester."
The research team has now been developing an array of breathing sensors using various catalysts and a number of semiconducting metal oxide fibers, which will offer patients a real-time easy diagnosis of diseases.
