Exhaled breath includes many volatile organic compounds (VOCs) which is a kind of a biomarker of certain diseases. A chemo-resistive sensor using a semiconductor metal oxide (SMO) allows us to measure analyte gases concentrations which change a resistance of the sensor. SMO gas sensors have a merit such as portability and low price, and have a limitation such as sensitivity and selectivity. In order to improve the sensitivity and selectivity of SMO gas sensors, nanosize sensing materials which have a great deal of surface areas are used to form gas sensors. In this study, electrospinning method was used to fabricate one dimensional (1D) nanofibers (NFs) of SMOs easily. $SnO_2$ and $WO_3$ as N-type SMOs were used to form gas sensing materials. In order to enhance both sensitivity and selectivity, catalysts such as both Ru and Ag which were loaded by apoferritin cages, were used. Also, P-type SMOs such as both NiO and $MoO_3$ were formed in both N-type $SnO_2$ and $WO_3$ as N-type SMOs for improving both sensitivity and selectivity by generating electron depletion layers at the boundary between P-type and N-type SMOs. For the evaluation of material properties, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and transmission electron microscopy (TEM) were used. Gas sensor analysis was carried out to various analyte gases such as acetone, hydrogen sulfide and toluene as biomarkers of diabetes, halitosis and lung cancer, respectively. Electrospun $WO_3$ NFs with Ru nanoparticles (NPs) loaded by apoferritin shows better sensitivity to acetone gas than pristine $WO_3 NFs$ . $WO_3$ with Mo NPs loaded by apoferritin represents better sensitivity to hydrogen sulfide gas than pristine WO3 NFs. Those sensing materials could be utilized to daily monitoring sensors for various diseases diagnosis.
최근 매일 건강 관리하는 것이 큰 관심을 끌고 있다. 사람의 날숨에는 많은 휘발성 유기화합물이 있는데, 이는 질병에 대한 생물학적 지표이다. 금속산화물 화학저항변화센서는 분석 개스 농도에 따라 저항이 변한다. 금속산화물 반도체는 휴대가 쉽고 가격이 저렴한 반면, 감도와 선택성이 약하므로, 이를 개선하기 위해 나노크기의 감지물질을 사용한다. 나노크기가 되면 개스가 반응 할 수 있는 표면적이 커져 감도가 증가한다. 본 연구에서는 일차원구조의 나노섬유를 손쉽게 만들 수 있는 전기방사법을 사용하였다. 엔타입 주석산화물과 텅스텐산화물을 감지물질로 사용하였다. 감도와 선택성 향상을 위하여 루테늄과 은과 같은 촉매를 아포페리틴 입자안에 넣어 첨가하였고, 전하 공핍층을 늘리기 위하여 피타입 니켈산화물과 몰리브데늄산화물을 첨가하여 개스 센서를 만들어 센서 평가를 하였다. 주사전자현미경, 엑스레이회절, 투과전자현미경으로 재료 물성을 평가하였다. 루테늄을 넣은 텅스텐산화물 센서가 당뇨병의 생물학지표인 아세톤개스에 대한 감도가 프리스틴보다 증가하였고, 몰리브데늄을 넣은 텅스텐산화물 센서가 구취의 생물학지표인 황화수소개스에 대한 감도가 증가하였다. 이러한 센싱 재료들은 다양한 질병에 대해 매일 관리하는 센서에 충분히 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
