安光所团队研发基于双层金属氧化物的呼气肝病初筛传感器
时间：2026-11-03 作者：谢星星、邓赞红
近日，中国科学院安光所与健康所、生态环境部恶臭污染控制重点实验室、深圳技术大学等合作研发出一种带有纳米复合催化滤层的双层金属氧化物半导体（MOS）气体传感器，有效解决了无创呼气疾病诊断场景中高湿高浓度强干扰气体硫化氢对微量甲硫醚检测的干扰难题。
相关研究成果以《基于CuO/Al2O3过滤覆盖层的 Pd-WO3传感器实现甲硫醚特异性检测》“Exclusive Detection of Dimethyl Sulfide by a Pd−WO3 Sensor with the CuO/Al2O3 Filtering Overlayer”为题发表于ACS Nano (中国科学院一区，IF=17.3)。
在人体呼出气体中，甲硫醚的浓度在0~50 ppb之间，超过30 ppb常与肝硬化以及高甲硫氨酸血症等严重肝脏系统疾病高度相关。然而，高浓度的强还原性硫化氢常与弱还原性甲硫醚共存，常规多孔分子筛（如ZIFs、MOFs等）难以阻挡极性相近却直径更小的硫化氢分子，且呼出气体中有着不低于90%的相对湿度，导致MOS传感器难以准确捕捉ppb级别的甲硫醚信号。
针对这一核心挑战，团队巧妙设计了一种氧化铜/氧化铝（CuO/Al2O3，简称CA19）复合催化过滤覆盖层：利用氧化铜在较低温度下即可与硫化氢发生可逆硫化反应的特性，将其作为硫化氢的“高效捕集过滤器”；氧化铝载体的多孔结构便于气体的快速渗透，其绝缘特性将氧化铜与甲硫醚敏感层的电响应信号隔离，且其表面丰富的羟基与酸性位点能吸附并阻止水分子渗透。基于CA19复合滤层和钯修饰三氧化钨Pd-WO3（简称PW）敏感层的传感器（简称PW-CA19）在保留了对甲硫醚高灵敏响应的同时，对甲硫醚与硫化氢的响应比值从3.3大幅跃升至50.4，在90%相对湿度下实测检出限达10 ppb。在模拟肝病患者的检测中，该传感器在真实的呼出气背景下精准捕获了ppb级的甲硫醚的变化，不仅展示了其在肝脏疾病早期诊断中的应用潜力，也为高灵敏高选择性MOS传感器的开发提供了重要的设计思路。
该研究工作获得了国家自然科学基金、安徽省科技攻坚项目、皖江中心产业化项目和生态环境部恶臭污染控制重点实验室开放课题的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c07624
PW-CA19传感器的(a) 示意图与(b) 截面图。
有无催化滤层的传感器（c）在不同湿度下对甲硫醚的响应值和（d）对不同气体的选择性。
PW-CA19传感器的（e）响应与恢复时间和（f，g）响应重复性。