综述：基于QCM和电纺聚合物纳米纤维的氨气传感器用于肝肾疾病检测的微型综述

《Journal of Materials Chemistry B》：QCM-based ammonia gas sensors with electrospun polymer-based nanofibers for liver and kidney disease detection: a mini-review

本综述系统阐述了以石英晶体微天平（QCM）为传感平台、结合电纺聚合物纳米纤维活性层的新型氨气传感器研究进展，重点探讨其在肝肾疾病生物标志物——氨气直接检测中的应用潜力，并深入分析了传感器灵敏度、检测限及抗湿性等关键性能参数，为（QCM）传感器在疾病无创诊断领域的临床转化提供前瞻性视角。

　　

QCM传感原理：从晶体振荡到气体捕获

石英晶体微天平（QCM）的核心在于压电效应：当交流电场施加于石英晶体两侧时，晶体产生高频机械振荡，其共振频率对表面质量变化极度敏感。气体分子与晶体表面敏感层结合后，振荡频率发生偏移，通过监测频率变化即可实现气体浓度的定量检测。这一特性使QCM成为高精度气体传感的理想平台。

电纺纳米纤维：构筑高性能敏感层的“纺锤”

电纺技术通过高压静电场将聚合物溶液拉伸成直径仅数十至数百纳米的纤维，形成三维网状结构。纤维直径、孔隙率及形貌受溶液浓度、电压和接收距离等参数精准调控——例如降低溶液浓度可获更细纤维，从而显著增大比表面积。这种多孔结构为氨气分子提供了大量吸附位点，极大增强了QCM传感器的气体捕获效率。

氨气与疾病诊断：从呼气到病床的桥梁

氨气是肝功能衰竭和慢性肾病的关键生物标志物。当肝脏代谢氨的能力下降或肾脏排泄受阻时，血液中氨浓度升高，并可通过肺泡气体交换释放至呼气中。因此，开发高灵敏度氨气传感器有望实现肝肾疾病的非侵入性筛查。研究表明，电纺聚氨酯/聚丙烯腈复合纳米纤维修饰的QCM传感器对1-100 ppm氨气展现线性响应，检测限可达0.5 ppm，接近人体呼气中氨气的病理浓度范围（1-2 ppm）。

性能挑战与突破：灵敏度、选择性与抗湿性的博弈

尽管QCM传感器灵敏度优异，但环境湿度干扰和气体选择性仍是临床应用的瓶颈。研究者通过纳米纤维材料改性提升性能：例如引入羧基化碳纳米管增强氨气特异性吸附，或采用疏水聚合物（如聚偏氟乙烯）涂层降低水分子干扰。实验证明，优化后的传感器在相对湿度60%环境下对氨气的响应偏差可控制在5%以内，且对丙酮、乙醇等干扰气体的交叉响应率低于3%。

未来展望：从单点检测到疾病图谱构建

当前研究正从单一传感器向阵列化方向发展。通过集成对不同生物标志物（如氨气、硫化氢、戊烷）具有选择性响应的QCM传感器单元，可构建“疾病气味指纹库”。结合机器学习算法，这种阵列不仅能区分肝肾疾病严重程度，还有望鉴别肝硬化与尿毒症等不同病因，为精准医疗提供新工具。然而，传感器长期稳定性、标准化制造工艺及大规模临床验证仍是未来转化医学研究的重点。