Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 9

Experimental Investigation of Graphene-Based Sensor for Exhaled Breath Performances

Eksperymentalne badanie czujnika na bazie grafenu do pomiaru wydajności wydychanego powietrza

10.15199/48.2024.09.28

nr katalogowy: 150367
10.15199/48.2024.09.28

Streszczenie

Exhaled breath analysis is a burgeoning research field, with a focus on the capabilities of a groundbreaking graphene-based breath sensor for disease detection. The study aims to unveil the sensor's potential as a non-invasive tool for diagnosing various health conditions by examining exhaled breath constituents. The methodology involves meticulous preparation of a graphene solution, deposition onto a silver paste electrode using a precise drop-casting method, and a critical 30-minute thermal annealing process. Characterization through Scanning Electron Microscopy (SEM) provides insights into the sensor's surface, while current-voltage (I-V) analysis explores its electrical behaviour. Discernible responses underscore the sensor's efficacy in detecting breath constituents, with impressive performance metrics, including response and recovery times, enhancing its credibility. The experimental findings affirm the commendable sensing capabilities of the graphene-based breath sensor, emphasizing its potential as a reliable tool in disease detection and contributing to the evolution of non-invasive medical technologies.

Abstract

Analiza wydychanego powietrza to rozwijająca się dziedzina badań, skupiająca się na możliwościach przełomowego czujnika oddechu na bazie grafenu do wykrywania chorób. Celem badania jest odkrycie potencjału czujnika jako nieinwazyjnego narzędzia do diagnozowania różnych schorzeń poprzez badanie składników wydychanego powietrza. Metodologia obejmuje skrupulatne przygotowanie roztworu grafenu, osadzenie go na elektrodzie z pasty srebrnej przy użyciu precyzyjnej metody odlewania kroplowego oraz krytyczny 30-minutowy proces wyżarzania termicznego. Charakterystyka za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) zapewnia wgląd w powierzchnię czujnika, natomiast analiza IV-V bada jego zachowanie elektryczne. Wyraźne reakcje podkreślają skuteczność czujnika w wykrywaniu składników oddechu, a imponujące wskaźniki wydajności, w tym czas reakcji i regeneracji, zwiększają jego wiarygodność. Wyniki eksperymentów potwierdzają godne pochwały możliwości wykrywania czujnika oddechu na bazie grafenu, podkreślając jego potencjał jako niezawodnego narzędzia do wykrywania chorób i przyczyniając się do ewolucji nieinwazyjnych technologii medycznych.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] A. Kaliyaraj Selva Kumar, Y. Zhang, D. Li, and R. G. Compton, “A mini-review: How reliable is the drop casting technique?” Electrochemistry Communications, vol. 121. Elsevier Inc., Dec. 01, 2020. doi: 10.1016/j.elecom.2020.106867.
[2] S. Krisher, A. Riley, and K. Mehta, “Designing breathalyser technology for the developing world: How a single breath can fight the double disease burden,” J Med Eng Technol, vol. 38, no. 3, pp. 156–163, 10.3109/03091902.2014.890678. 2014, doi:
[3] A. Zaccaro et al., “How Breath-Control Can Change Your Life: A Systematic Review on Psycho-Physiological Correlates of Slow Breathing,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 12. Frontiers Media S.A., 10.3389/fnhum.2018.00353. Sep. 07, 2018. doi:
[4] M. S. Sumitha and T. S. Xavier, “Recent advances in electrochemical biosensors – A brief review,” Hybrid Advances, vol. 2, p. 100023, 10.1016/j.hybadv.2023.100023. Apr. 2023, doi:
[5] Y. Li et al., “From air quality sensors to sensor networks: Things we need to learn,” Sens Actuators B Chem, vol. 351, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.snb.2021.130958.
[6] M. Kaloumenou, E. Skotadis, N. Lagopati, E. Efstathopoulos, and D. Tsoukalas, “Breath Analysis: A Promising Tool for Disease Diagnosis—The Role of Sensors,” Sensors, vol. 22, no. 3. MDPI, Feb. 01, 2022. doi: 10.3390/s22031238.
[7] S. U. Singh et al., “Advanced wearable biosensors for the detection of body fluids and exhaled breath by graphene,” Microchimica Acta, vol. 189, no. 6. Springer, Jun. 01, 2022. doi: 10.1007/s00604-022-05317-2.
[8] H. Su, Y. Wang, Y. Gu, L. Bowman, J. Zhao, and M. Ding, “Potential applications and human biosafety of nanomaterials used in nanomedicine,” Journal of Applied Toxicology, vol. 38, no. 1. John Wiley and Sons Ltd, pp. 3–24, Jan. 01, 2018. doi: 10.1002/jat.3476.
[9] H. Nguyen Bich and H. Nguyen Van, “Promising applications of graphene and graphene-based nanostructures,” Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, vol. 7, no. 2. IOP Publishing Ltd, Jun. 01, 2016. doi: 10.1088/2043 6262/7/2/023002.
[10] F. L. Meng, Z. Guo, and X. J. Huang, “Graphene-based hybrids for chemiresistive gas sensors,” TrAC - Trends in Analytical Chemistry, vol. 68. Elsevier B.V., pp. 37–47, May 01, 2015. doi: 10.1016/j.trac.2015.02.008.
[11] J. H. Choi et al., “Effects of Field-Effect and Schottky Heterostructure on p-Type Graphene-Based Gas Sensor Modified by n-Type In2O3 and Phenylenediamine,” Appl Surf Sci, vol. 578, Mar. 2022, doi: 10.1016/j.apsusc.2021.152025.
[12] F. Perreault, A. Fonseca De Faria, and M. Elimelech, “Environmental applications of graphene-based nanomaterials,” Chem Soc Rev, vol. 44, no. 16, pp. 5861–5896, Aug. 2015, doi: 10.1039/c5cs00021a.
[13]S. A. M. Chachuli, Y. P. Yeuan, O. Coban, N. H. Shamsudin, and M. I. Idris, “Investigation of Graphene Gas Sensor at Different Substrates for Acetone Detection,” Przeglad Elektrotechniczny, vol. 99, no. 3, pp. 289–293, 2023. doi: 10.15199/48.2023.03.51.
[14]N.H. Shamsudin, S Shafie, MZ Abidin Ab Kadir, F Ahmad, Y Sulaiman, SAM Chachuli, MC Razali, “Flexible back-illuminated dye sensitised solar cells (DSSCs) with titanium dioxide/silver nanoparticles composite photoanode for improvement of power conversion efficiency,” Optik (Stuttg), vol. 272, pp. 170237, 2023. doi:10.1016/j.ijleo.2022.170237.
[15]S. Amaniah Mohd Chachuli, M. Luqman Hakkim Noor, O. Coban, N. Hazahsha Shamsudin, and M. Idzdihar Idris, “Characteristic of graphene-based thick film gas sensor for ethanol and acetone vapor detection at room temperature,” Indones. J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 32, no. 3, pp.1384, 2023. doi: 10.11591/ijeecs.v32.i3.pp1384-1391.
[16] J. Wu et al., “Boosted sensitivity of graphene gas sensor via nanoporous thin film structures,” Sens Actuators B Chem, vol. 255, pp. 1805–1813, 10.1016/j.snb.2017.08.202. Feb. 2018, doi:
[17] H. Huang et al., “Graphene-based sensors for human health monitoring,” Frontiers in Chemistry, vol. 7, no. JUN. Frontiers Media S.A., 2019. doi: 10.3389/fchem.2019.00399.
[18] N. A. A. Ghany, S. A. Elsherif, and H. T. Handal, “Revolution of Graphene for different applications: State-of-the-art,” Surfaces and Interfaces, vol. 9. Elsevier B.V., pp. 93–106, Dec. 01, 2017. doi: 10.1016/j.surfin.2017.08.004.
[19] A. Sett, T. Rana, U. Rajaji, R. Sha, T. Y. Liu, and T. K. Bhattacharyya, “Emergence of two-dimensional nanomaterials based breath sensors for non-invasive detection of diseases,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 338. Elsevier B.V., May 01, 2022. doi: 10.1016/j.sna.2022.113507.
[20] A. Ferrari, I. Neefs, S. Hoeck, M. Peeters, and G. Van Hal, “Towards novel non-invasive colorectal cancer screening methods: A comprehensive review,” Cancers, vol. 13, no. 8. MDPI AG, Apr. 02, 2021. doi: 10.3390/cancers13081820.
[21]B. Fadeel et al., “Safety Assessment of Graphene-Based Materials: Focus on Human Health and the Environment,” ACS Nano, vol. 12, no. 11. American Chemical Society, pp. 10582 10620, Nov. 27, 2018. doi: 10.1021/acsnano.8b04758.
[22] Siriraj Med J, “Breath Analysis for Clinical Diagnosis,” 2012.
[23] R. F. Machado et al., “Detection of lung cancer by sensor array analyses of exhaled breath,” Am J Respir Crit Care Med, vol. 171, no. 11, pp. 1286–1291, Jun. 2005. doi:10.1164/rccm.200409-1184OC.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-9 , nr katalogowy 150367 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-9 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-9

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma