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Highly Selective and Rapid Breath Isoprene Sensing Enabled by Activated Alumina Filter
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2018-02-14 00:00:00 , DOI: 10.1021/acssensors.7b00976 Jan van den Broek 1 , Andreas T. Güntner 1 , Sotiris E. Pratsinis 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2018-02-14 00:00:00 , DOI: 10.1021/acssensors.7b00976 Jan van den Broek 1 , Andreas T. Güntner 1 , Sotiris E. Pratsinis 1
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Isoprene is a versatile breath marker for noninvasive monitoring of high blood cholesterol levels as well as for influenza, end-stage renal disease, muscle activity, lung cancer, and liver disease with advanced fibrosis. Its selective detection in complex human breath by portable devices (e.g., metal-oxide gas sensors), however, is still challenging. Here, we present a new filter concept based on activated alumina powder enabling fast and highly selective detection of isoprene at the ppb level and high humidity. The filter contains high surface area adsorbents that retain hydrophilic compounds (e.g., ketones, alcohols, ammonia) representing major interferants in breath while hydrophobic isoprene is not affected. As a proof-of-concept, filters of commercial activated alumina powder are combined with highly sensitive but rather nonspecific, nanostructured Pt-doped SnO2 sensors. This results in fast (10 s) measurement of isoprene down to 5 ppb at 90% relative humidity with outstanding selectivity (>100) to breath-relevant acetone, ammonia, ethanol, and methanol, superior to state-of-the-art isoprene sensors. Most importantly, when exposed continuously to simulated breath mixtures (four analytes) for 8 days, this filter–sensor system showed stable performance. It can be incorporated readily into a portable breath isoprene analyzer promising for simple-in-use monitoring of blood cholesterol or other patho/physiological conditions.
中文翻译：
活性氧化铝过滤器实现高选择性和快速呼吸异戊二烯感测
异戊二烯是一种多功能呼吸标记物，可用于无创监测高胆固醇水平以及流行性感冒，晚期肾病，肌肉活动，肺癌和晚期肝纤维化肝病。其选择性然而，通过便携式设备（例如，金属氧化物气体传感器）在复杂的人类呼吸中进行检测仍然是一项挑战。在这里，我们提出了一种基于活性氧化铝粉末的新过滤器概念，该过滤器能够快速，高选择性地检测ppb级和高湿度的异戊二烯。过滤器包含高表面积吸附剂，可保留代表呼吸中主要干扰物的亲水性化合物（例如酮，醇，氨），而疏水异戊二烯不受影响。作为概念验证，将商用活性氧化铝粉末的过滤器与高度敏感但非特异性的纳米结构的Pt掺杂SnO 2结合使用传感器。这样可在90％相对湿度下快速（10 s）测量低至5 ppb的异戊二烯，对呼吸相关的丙酮，氨水，乙醇和甲醇具有出色的选择性（> 100），优于最新的异戊二烯传感器。最重要的是，当连续暴露于模拟呼吸混合物（四种分析物）8天后，该过滤器-传感器系统表现出稳定的性能。可以很容易地将其整合到便携式呼吸异戊二烯分析仪中，有望对血液中的胆固醇或其他病理/生理状况进行简单易用的监测。
更新日期：2018-02-14
中文翻译：
活性氧化铝过滤器实现高选择性和快速呼吸异戊二烯感测
异戊二烯是一种多功能呼吸标记物，可用于无创监测高胆固醇水平以及流行性感冒，晚期肾病，肌肉活动，肺癌和晚期肝纤维化肝病。其选择性然而，通过便携式设备（例如，金属氧化物气体传感器）在复杂的人类呼吸中进行检测仍然是一项挑战。在这里，我们提出了一种基于活性氧化铝粉末的新过滤器概念，该过滤器能够快速，高选择性地检测ppb级和高湿度的异戊二烯。过滤器包含高表面积吸附剂，可保留代表呼吸中主要干扰物的亲水性化合物（例如酮，醇，氨），而疏水异戊二烯不受影响。作为概念验证，将商用活性氧化铝粉末的过滤器与高度敏感但非特异性的纳米结构的Pt掺杂SnO 2结合使用传感器。这样可在90％相对湿度下快速（10 s）测量低至5 ppb的异戊二烯，对呼吸相关的丙酮，氨水，乙醇和甲醇具有出色的选择性（> 100），优于最新的异戊二烯传感器。最重要的是，当连续暴露于模拟呼吸混合物（四种分析物）8天后，该过滤器-传感器系统表现出稳定的性能。可以很容易地将其整合到便携式呼吸异戊二烯分析仪中，有望对血液中的胆固醇或其他病理/生理状况进行简单易用的监测。
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