综述：中枢性嗜睡症障碍：关于当前及潜在生物标志物的叙述性综述

《Sleep Medicine Reviews》：Central disorders of hypersomnolence – A narrative review on current and potential biomarkers

本研究开发了一种基于微热板MEMS的室温聚苯胺@金属有机框架（MOF）氨气传感器，通过原位聚合实现材料集成。该传感器在1 ppm氨气下表现出183.3%的高响应度，17秒快速响应及110秒恢复，检测限低至0.634 ppb，兼具优异选择性和长期稳定性，适用于便携式疾病监测设备。

　　近年来，随着对非侵入式疾病监测技术需求的不断增长，基于人体呼气成分分析的传感器研究取得了显著进展。氨气（NH?）作为一种重要的代谢标志物，被广泛用于检测肾功能异常、肝病、口臭、幽门螺杆菌感染以及终末期肾病（ESRD）等健康问题。由于呼气中氨气的浓度变化与多种疾病密切相关，因此开发一种高灵敏度、低检测限、且能够快速响应和恢复的氨气传感器，成为疾病早期预警和诊断的重要方向。

传统的呼气分析方法，如气相色谱-质谱联用（GC-MS）、离子迁移谱（IMS）和选择离子流管质谱（SIFT-MS），虽然在检测精度方面表现出色，但它们通常需要大型、昂贵的设备，并且对样本的预处理过程较为复杂。这些限制使得它们在便携式和轻量化设备中的应用受到阻碍。相比之下，电阻式气体传感器因其结构简单、高灵敏度、小尺寸和低功耗等优点，逐渐成为疾病监测领域的研究热点。

目前，用于氨气检测的电阻式传感器主要依赖于气体敏感材料。常见的材料包括金属氧化物、导电聚合物、碳材料、二维材料以及金属有机框架（MOFs）。其中，导电聚合物聚苯胺（PANI）因其对氨气的独特选择性、高灵敏度、低成本和易于制造等特性，受到了广泛研究。为了进一步提升PANI的气体传感性能，研究者们尝试将其与其他材料进行复合，例如贵金属、硫化物、MOFs和有机酸等。这些复合材料能够通过增加比表面积、优化电子传输路径或改善材料的化学稳定性等方式，显著提高传感器的响应能力。

MOFs作为一种具有高度有序孔道结构的多孔有机-无机杂化材料，因其巨大的比表面积和对活性物质的强封装能力，被广泛应用于气体吸附、废水处理和防腐蚀涂层等领域。在气体传感方面，MOFs同样展现出巨大的潜力。例如，Shalini Prasad等人开发了一种基于MOF封装的电化学传感器，该传感器能够检测低浓度的氨气，最高达到400 ppb，并被期望用于慢性肾病的非侵入式诊断。此外，E. Namratha等人研究了一种掺杂二氧化钛的-NH?-MIL-125复合材料，这种材料不仅提高了比表面积，还有效缩短了响应和恢复时间，同时增强了聚合物在复合材料中的化学稳定性。

在本研究中，科学家们提出了一种创新的氨气传感器设计，该传感器基于微热板（micro-hotplate）MEMS（微机电系统）基板，并能够在常温下运行。这种设计结合了聚苯胺（PANI）的导电特性与MOF材料UiO-66的多孔结构，使得传感器在灵敏度、检测限、响应速度和选择性等方面均表现出色。具体而言，该传感器在1 ppm氨气浓度下表现出183.3%的高响应率，响应和恢复时间分别仅为17秒和110秒，理论检测限（LOD）可低至0.634 ppb。这些性能指标表明，该传感器在检测低浓度氨气方面具有显著优势，尤其适用于呼气中氨气浓度较低的疾病监测场景。

此外，该传感器还展现了出色的长期稳定性和选择性，能够在复杂环境中持续工作而不出现性能下降。这种稳定性对于实际应用至关重要，因为呼气分析通常需要在多种条件下进行，包括不同的温度、湿度和背景气体成分。研究人员通过实验验证了传感器在25℃和65%相对湿度下的性能，并探讨了不同因素，如苯胺浓度、UiO-66含量、温度和湿度，对传感器响应的影响。结果显示，优化后的PANI@UiO-66传感膜不仅提高了检测灵敏度，还增强了对氨气的特异性识别能力。

在传感器的结构设计上，该研究采用了微机电系统技术，通过悬浮结构集成微加热器和叉指电极，从而有效减少了基板的热损失，提高了整体的热效率。这种结构设计不仅保证了传感器在常温下的正常运行，还提升了其在实际应用中的可靠性。微热板MEMS基板的小尺寸和高一致性，使其适用于构建传感器阵列，这在疾病监测系统中具有重要意义。通过传感器阵列，可以同时检测多种气体成分，从而实现更全面的健康评估。

PANI@UiO-66传感器的微结构特征也得到了深入研究。通过显微镜技术对传感器表面形貌进行了表征，结果显示，UiO-66具有规则的多面体结构，其粒径约为500 nm。当PANI与UiO-66结合时，形成了复杂的微结构，其中PANI纤维与UiO-66颗粒相互交织，从而扩大了传感膜与氨气的接触面积。这种结构设计不仅提高了传感器的灵敏度，还增强了其对氨气的吸附能力，使得在低浓度下也能实现快速响应。

研究团队在材料制备方面也进行了详细探讨。所有实验所使用的材料均为高纯度试剂，包括对苯二甲酸（BDC-H）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氧化铈（Ce(NO?)?(NH?)?·6H?O）、二氯甲烷、盐酸、苯胺单体（ANI）、过硫酸铵（APS）和氨水（NH?OH）。实验过程中，所有的清洗步骤均使用去离子水完成，以确保材料的纯净度和实验的可重复性。这种材料选择和实验条件控制为传感器的高性能提供了基础保障。

在研究方法上，该工作采用了原位聚合技术来制备PANI@UiO-66传感膜。这种方法能够在基板表面直接生成传感膜，避免了传统方法中可能存在的材料分散和沉积问题。通过优化聚合条件，研究人员成功获得了具有优异性能的传感膜。此外，研究还通过实验测试和数据分析，评估了传感器在不同浓度氨气下的响应行为，并进一步探讨了其在实际应用中的潜力。

该研究的成果不仅为氨气传感器的发展提供了新的思路，也为疾病监测技术的创新带来了重要启示。PANI@UiO-66传感器在常温下表现出的高灵敏度和低检测限，使其能够有效捕捉呼气中微弱的氨气信号，从而为慢性肾病、幽门螺杆菌感染等疾病的早期诊断提供了可靠的技术支持。同时，传感器的小尺寸和高一致性，也为其在便携式医疗设备中的应用奠定了基础。

未来，随着传感技术的不断进步和疾病监测需求的日益增长，PANI@UiO-66传感器有望在临床诊断、家庭健康监测以及远程医疗等领域发挥更大作用。此外，该研究还为其他气体传感器的开发提供了借鉴，即通过合理设计材料结构和优化制备工艺，可以显著提升传感器的性能。这不仅有助于解决当前氨气传感器在低浓度检测和集成应用方面的瓶颈问题，也为推动智能医疗设备的发展提供了新的方向。

总的来说，这项研究通过创新的材料设计和结构优化，成功开发出一种高性能的氨气传感器。其在灵敏度、检测限、响应速度和选择性等方面的优异表现，使其成为疾病监测领域的重要工具。该传感器的广泛应用前景，不仅体现在医疗健康领域，还可能拓展到环境监测、工业安全以及个人健康追踪等多个方面。通过不断探索和改进，相信未来这种传感器将在更多场景中发挥关键作用，为人类健康带来更多的便利和保障。