A Programmable Plasmonic Gas Microsystem for Detecting Arbitrarily Combinated Volatile Organic Compounds (VOCs) with Ultrahigh Resolution

微系统 纳米技术 材料科学 微流控 再现性 等离子体子 光电子学 化学 色谱法
作者
Kuo Yang,Congyu Zhang,Kai Zhu,Ziting Qian,Zhaoyan Yang,Lei Wu,Shenfei Zong,Yiping Cui,Zhuyuan Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (11): 19335-19345 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c08906
摘要

For gas sensors, the ultrasensitive and highly selective detection of multiple components is of great significance in a wide range of applications extending from environment to healthcare, which is still a long-term challenge due to the single sensing mechanism of most sensors. Here, we combine the advantages of microfluidic chips and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) spectra to fabricate a smart single-chip for simultaneously detecting an arbitrary combination of VOCs that incorporates different detection units, working on either a physisorption or chemisorption mechanism. Full integration of microfluidic and multiplex nanostructure components on one chip permits programmable design for sensing multifarious volatile compounds, and enables on-chip signal amplifications with increased reproducibility. As a proof-of-principle experiment, we demonstrate the simultaneous identification of 9 different gases that belong to aromatic compounds, aldehydes, ketones, or sulfides in one mixture, with high sensitivity (ppb level), high selectivity, and high robustness (error ∼8%). We further evaluated the application of our universal gas sensor in two scenarios including indoor air pollution monitoring and exhaled breath-based disease diagnosis. We expect that our design will improve the various practical applications of gas sensors.
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