[发明专利]Gd2

说明书

一种以超薄BiVO₄纳米片为敏感电极的Gd₂Zr₂O₇固体电解质型异丙醇传感器、制备方法及其在胆汁酸腹泻患者的早期筛查和诊断中的应用，属于气体传感器的技术领域。传感器从上到下依次由BiVO₄敏感电极、Pt参考电极、Gd₂Zr₂O₇固体电解质、无机粘合剂和带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板组成。其中BiVO₄敏感电极和Pt参考电极均为条状，对称地制备在Gd₂Zr₂O₇固体电解质基板上表面的两侧。本发明通过将具有超薄纳米片结构的BiVO₄敏感材料与具有烧绿石结构的Gd₂Zr₂O₇固体电解质相结合，构筑了用于异丙醇检测的传感器，可用于异丙醇的检测，并在对于胆汁酸腹泻患者的早期筛查和诊断的医疗领域展示了良好的应用前景。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于烧绿石结构的Gd₂Zr₂O₇固体电解质结合超薄BiVO₄纳米片作为敏感电极材料所构筑的异丙醇(IPA)传感器、制备方法及其在胆汁酸腹泻患者的早期筛查和诊断中的应用。

背景技术

人体呼气、尿液和粪便等代谢物中所含有的一些特殊气体可以反映出健康和疾病的状态，例如丙酮已经被证实在糖尿病人呼出气体中的含量要明显高于正常人，NO含量升高暗示着可能出现慢性阻塞性肺气肿等等。利用气体传感器检测这些特定的生物标志物气体已成为一些疾病的早期筛查和非侵入性诊断的重要技术。最近有研究表明，对于胆汁酸腹泻患者，其体内异丙醇(IPA)的含量会升高，因此开发针对异丙醇检测的高选择性气体传感器在医学诊疗方面，对胆汁酸腹泻患者的在线监测和早期诊断具有十分重要的现实应用价值。

IPA属于挥发性有机化合物(VOCs)的一种，在过去几十年人们发现固体电解质型气体传感器在检测VOCs的领域上显示出了巨大的优势，比如更加优良的稳定性和选择性。另外，用于医疗上对胆汁酸腹泻患者呼气的检测，需要传感器对呼气中含有的大量水蒸气有较好的抵抗能力，固体电解质型气体传感器优秀的抗湿能力也决定了开发固体电解质型IPA传感器所具有的优势。

固体电解质型IPA传感器的传感过程和敏感机理可以用混成电位理论来解释，具体如下：一定浓度的IPA气体通过敏感电极层扩散，一部分气体在扩散过程中被消耗(反应(1))，剩余的气体到达由气体/敏感电极材料/电解质所构成的三相界面(TPB)，TPB是气体发生电化学反应(2)和(3)的场所，当(2)和 (3)的反应速率相等时，反应达到平衡，此时在敏感电极上形成的电位就是混成电位，它与参考电极的电位差作为传感器的检测信号。由此可以知道，检测信号的大小取决于电化学反应(2)和(3)的速率，而电化学反应的速率又与敏感电极材料的电化学活性、化学催化活性、微观结构以及三相界面处反应活性位点有密切的关系。

反应式为：

C₃H₈O+9/2O₂＝3CO₂+4H₂O (1)

3/2O₂+6e^-＝3O^2- (2)

1/3C₃H₈O+3O^2-＝CO₂+4/3H₂O+6e^- (3)