MoS2/CuO纳米结构在室温丙酮传感中的突破：糖尿病无创监测新策略

研究人员针对糖尿病无创监测需求，通过构建MoS2/CuO异质结纳米复合材料，开发出室温下高灵敏度（响应值7.01）、快响应（85/177 s）的丙酮气体传感器。该研究解决了传统金属氧化物半导体（MOS）传感器高温工作、选择性差的问题，为便携式医疗设备提供新方案。

　　

在糖尿病日益成为全球健康威胁的背景下，呼气丙酮浓度检测作为无创监测手段备受关注。然而，传统金属氧化物半导体（MOS）传感器存在工作温度高（通常需200-400°C）、选择性差等瓶颈，严重制约其在便携式医疗设备中的应用。更棘手的是，健康人与糖尿病患者呼气丙酮浓度差异仅约1ppm（0.8ppm vs 1.8ppm），这对传感器的灵敏度和稳定性提出极高要求。

江苏省产学研合作项目（JSSCTD202146）支持的研究团队创新性地将二维材料二硫化钼（MoS₂）与氧化铜（CuO）复合，通过两步水热法构建p-n异质结。这种纳米结构在室温下即展现卓越性能：对丙酮的响应值达7.01，远超单一组分材料；响应/恢复时间缩短至85秒和177秒；并能有效区分丙酮与NO₂、NH₃等干扰气体。相关成果发表于《Materials Science and Engineering: R: Reports》。

关键技术包括：水热合成法制备MoS₂纳米片与CuO纳米颗粒复合物；X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征材料结构；通过标准气体测试系统评估传感性能。

【材料与表征】
通过SEM观察到3μm的MoS₂层状结构和200nm的卷曲边缘，这种形貌大幅增加气体吸附位点。XPS证实异质结界面处存在电荷转移，为传感机制提供结构基础。

【传感性能】
在室温25°C、50%湿度条件下，传感器对5ppm丙酮的响应值达7.01，检测限低至0.1ppm。对比实验显示，对乙醇、甲醇等干扰气体的响应值均低于2.5，展现优异选择性。

【作用机制】
丙酮分子吸附导致MoS₂/CuO界面耗尽层厚度变化，引起电阻显著改变。n型MoS₂的电子迁移与p型CuO的空穴传导产生协同效应，较单一材料导电性提升3个数量级。

该研究不仅为糖尿病无创诊断提供新工具，更开创了室温气体传感材料设计新思路。通过调控二维材料与金属氧化物的界面电子结构，成功实现"低温高效"传感，这一策略可拓展至其他挥发性有机物（VOC）检测领域。值得注意的是，材料制备采用水热法这种可规模化技术，单个传感器成本不足1美元，具有显著商业化潜力。后续研究可进一步优化纳米结构形貌，探索其在可穿戴设备中的集成应用。