高性能锑掺杂二氧化锡纳米颗粒传感器实现ppb级甲醛快速检测助力肺癌早期筛查

《Sensors and Actuators B: Chemical》：High-performance Sb-doped SnO? nanoparticles sensor for fast detection of ppb-level HCHO as a lung cancer biomarker

本文报道了一种通过超临界水热合成（SCHS）技术制备的Sb掺杂SnO2纳米颗粒传感器，该传感器在高温湿条件下对80 ppb甲醛（HCHO）展现1.36的优异响应值及快速响应/恢复特性（10 s/45 s）。通过缺陷工程策略将表面吸附水转化为活性羟基（*OH），显著提升湿度耐受性，实现了肺癌患者与健康人群呼出气中HCHO标志物的精准区分，为肺癌早期筛查提供了突破性技术方案。

　　

Highlight

本研究通过超临界水热合成（SCHS）技术成功制备了Sb掺杂SnO₂（Sb/SnO₂）纳米颗粒，其粒径稳定在4 nm左右，比表面积高达38-188.5 m2/g。该材料在350℃下对80 ppb甲醛（HCHO）表现出卓越的传感性能，响应值达1.36，并具备10秒快速响应和45秒恢复能力。通过Sb掺杂诱导产生单原子氧空位（OVs），不仅降低了体系总能量，还促进了表面吸附水分子去质子化生成活性羟基（*OH），从而在90%相对湿度（RH）环境下仍保持高灵敏度，有效克服了传统金属氧化物半导体（MOS）传感器在蒸汽饱和环境中检测ppb级HCHO的难题。

结构形貌分析

高分辨透射电镜（HR-TEM）表征显示（图1a-d），低浓度Sb掺杂（0.1 mol%）可抑制SnO₂颗粒团聚，而过高掺杂（1 mol%）则会加剧聚集现象。Brunauer-Emmett-Teller（BET）测试表明，Sb掺杂有效调控了材料的孔隙结构与比表面积，为气体分子吸附提供了丰富活性位点。

结论

综上所述，本研究开发了一种基于Sb掺杂SnO₂纳米颗粒的创新性电阻式传感器，用于检测人呼出气中的肺癌标志物HCHO。Sb掺杂在SCHS过程中同步诱导产生表面氧空位（OVs），使传感器在350℃下对痕量HCHO（80 ppb）具备超高灵敏度、优异湿度耐受性和稳定性，为肺癌大规模早期筛查提供了重要技术支撑。