Nov 05, 2023
나노시트
과학 보고서 12권,
Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13874(2022) 이 기사 인용
1983년 액세스
8 알트메트릭
측정항목 세부정보
과도하고 지속적인 정신적 스트레스는 인간의 건강을 해칠 수 있기 때문에 정신적 스트레스 관리가 매우 중요해졌습니다. 최근에는 정신적 스트레스와 관련된 다양한 바이오마커가 확인되었습니다. 그러한 바이오마커 중 하나는 알릴 메르캅탄입니다. 나노시트형 산화주석은 알릴 메르캅탄에 대해 높은 가스 선택성을 나타냈습니다. 이에 본 연구에서는 알릴 메르캅탄을 검출하기 위한 나노시트 형태의 산화주석 가스 센서로 구성된 센서 어레이를 제작하였다. 지도 학습 알고리즘은 센서 어레이의 센서 신호 응답에 대한 주성분 분석을 기반으로 가스 분류 모델을 구축하는 데 사용되었습니다. 분류 모델이 제공하는 포괄적인 데이터를 사용하여 알릴 메르캅탄을 높은 정확도로 예측할 수 있습니다.
스트레스의 개념은 1936년에 "모든 요구에 대한 신체의 비특이적 반응"으로 처음 소개되었으며, 이후 스트레스 실험1,2,3을 통해 정의가 확장되었습니다. 최근 연구에서는 스트레스를 항상성을 방해하여 신체가 항상성을 회복하기 위해 호르몬을 방출하게 만드는 모든 사건으로 정의합니다. 만성 스트레스는 생물학적으로 여러 장애 및 건강 관련 문제와 연관되어 있습니다. 따라서 질병을 예방하고 삶의 질을 향상시키기 위해서는 건강관리에 있어 스트레스 관리가 필수적이다.
정신적 스트레스는 신체에서 배출되는 다양한 정신적 스트레스 바이오마커의 수준을 측정함으로써 정량화될 수 있습니다. 시세이도(Shiseido Co. Ltd.)는 최근 정서적 긴장 상태에서 피부에서 식별 가능한 냄새 물질을 확인했으며, 그러한 물질 중 하나가 알릴 메르캅탄이었습니다4,5,6. 결과적으로, 알릴 메르캅탄의 검출은 초기 정서적 긴장 상태를 사용자에게 알려주는 만성 정신적 스트레스를 예방하는데 사용될 수 있다.
가스 센서는 냄새가 나는 물질을 감지하는 데 효과적인 장치입니다. 또한 통계 데이터 분석과 결합된 센서 배열은 가스를 식별, 감지 및 인식하는 데 적합한 것으로 간주됩니다7,8,9. 센서 어레이의 우수한 성능의 핵심은 우수하고 고유한 감지 특성을 보유한 가스 센서입니다. 가스 센서의 기본 감지 메커니즘은 센서 재료 표면의 가스 분자의 흡착 및 탈착과 유사하므로10,11,12,13, 다른 표면 구조를 가진 재료는 가스 감지 응용 분야에서 중요한 재료 역할을 할 수 있습니다.
이전 연구에서는 주로 준안정 표면 구조를 노출시킨 나노시트 형태의 산화주석을 가스 센서 소재로 사용하여 가스 센서를 개발하였다. 센서는 또한 다양한 표면 구조로 인해 우수하고 독특한 감지 특성을 나타냈습니다.
본 연구에서는 알릴 메르캅탄에 대한 나노시트형 산화주석의 특성을 조사하였다. 나노시트 형태의 산화주석 가스 센서로 구성된 가스 센서 어레이를 설계하고, 알릴 메르캅탄을 포함한 바이오마커에 대해 수집된 센서 신호를 이용하여 통계적 예측 모델을 통한 가스 식별 및 예측 연구를 수행했습니다.
알릴 메르캅탄의 촉매 산화 활성은 나노시트형 산화주석을 이용하여 조사하였고, 비교를 위해 상용 주석산화물 나노입자를 사용하였다(그림 1). 나노시트 형태의 산화주석은 시판되는 산화주석 나노입자보다 알릴 메르캅탄에 대해 더 높은 활성을 나타냈다. 나노시트 형태의 산화주석에서는 약 100℃에서 전환반응이 시작되었으며, 250℃에서 전환율이 약 99%에 이르렀다. 이에 반해, 시판되는 산화주석 나노입자의 경우, 약 150℃에서 전환반응이 진행되기 시작하여, 300℃에서 전환율이 약 99%를 나타냈다. 알릴 메르캅탄은 300°C 이상의 온도에서 어떠한 첨가제 없이도 산소와 자발적으로 반응합니다. 나노시트형 산화주석의 높은 활성은 반응성이 높은 준안정 표면 구조에 기인할 수 있습니다.
99% was obtained for other classification models (Fig. S7)./p> 70%, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) via a gas generator (PD-1B, GASTEC Co.) The allyl mercaptan oxidation activity was assessed in a fixed bed flow reactor consisting of a quartz glass tube (diameter: 10 mm) under a 100 cm3/min flow of 54-ppm allyl mercaptan gas over 0.01 g of tin powder. A nanosheet-type tin oxide gas sensor was fabricated using similar process. The platinum electrode printed aluminum oxide sensor chip was cleaned by UV light irradiation light (PL16-10 low-pressure mercury lamp, air flow, 100 V, 200 W, SEN Lights Co.) for 20 min. to ensure effective nucleation and growth of nanosheet-type tin oxide. Subsequently the cleaned sensor chip was immersed in an aqueous solution of SnF2 at 90 °C for 0.5, 1, 3, or 6 h. The sample was washed under running water, followed by blow drying at room temperature. The morphology and structure were observed using TEM (Tecnai Osiris, FEI) and FE-SEM (JSM-6335FM, JEOL Ltd.). The gas sensing properties were assessed using a gas sensor evaluation module. A mixed gas (99.99995% nitrogen:99.99995% oxygen = 80:20) was used as air gas. The concentration of allyl mercaptan was controlled by mixing it with air gas, where the gas flow was set to 100, 150, 200, 300, 400, and 500 cm3/min for 54, 36, 27, 18, 14, and 11 ppm, respectively. The concentrations of acetaldehyde, acetone, ethanol, hydrogen, isoprene, toluene, and p-xylene were set to 20 ppm and 100 cm3/min by mixing N2-balanced 25 ppm gas with 99.9995% N2 gas. The humidity effect was examined using a typical nitrogen–oxygen balanced gas-bubbler system. Commercial gas sensors (TGS2600, TGS2602, TGS2603, TGS2610C0, TGS2610D0, TGS2611C0, TGS2611E0, TGS2612D0; FIGARO) were simultaneously used for comparison. The hyperparameters for the depth and random state in the random forest model were 2 and 9, respectively. The k value in the kNN model was set to 9. The gamma value in the SVC with RBF kernel was 0.7. The degree value in the SVC with polynomial SVC was 9. The other hyperparameters were automatically set./p>
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