화학 센서 어레이

Chemical sensor array

화학 센서 어레이는 개별 센서 구성 요소의 적층 반응으로부터 분석 물질 검출 패턴을 생성하는 복수의 센서 구성 요소를 가진 센서 아키텍처다. 아래에 설명된 전자, 광학, 음향파 및 전위차계 소자를 포함한 몇 가지 유형의 화학 센서 어레이가 있다. 이러한 화학 센서 어레이는 교차 리액티브 또는 특정 분석물을 감지하도록 조정된 여러 센서 유형을 사용할 수 있다.[1][2][3][4]

화학 센서 어레이 개요

정의

센서 어레이 구성 요소는 개별 센서로, 개별 센서의 특성(즉, 검출 방법, 특정 종류의 분석 물질에 대한 특수성 및 분자 상호작용)을 기반으로 선택된다. 센서 구성요소는 가능한 많은 분석물에 반응하기 위해 선택된다. 따라서 개별 센서 구성요소의 민감도와 선택성은 다르지만, 어레이 아키텍처로 결합할 때 특정 분석물에 대한 비선택적 지문을 생성하여 센서에 첨가 효과가 있다.[1] 지문을 인식하면 혼합물에서 분석 물질을 검출할 수 있다.[1][2] 화학 센서 배열은 혼합으로 analytes 대상 검출을 위해 여러개의 특정 센서 재료를 활용하는 소변 검사 스틱 분석과 같은 다른multianalyte 시험에서,[1]대신에 화학 센서 배열 개별 센서 요소들의 교차 반응성에 지문 senso의 첨가물 응답을 바탕으로를 생성하는 데 의존하는 다르다.r 대상 분석 물질에 대한 성분.[1][2][5][3]

다른 화학센서와 비교

단일 센서 장치는 물리적, 광학적, 전자적 특성에 기반한 표적 분석물을 감지한다. 일부 센서는 특정 분석 물질과 강력하고 구체적인 결합을 할 수 있는 특정 분자 표적을 포함하지만, 이 접근방식은 구체적이고 복잡한 혼합물 충격 센서 성능을 제공한다. 이러한 복잡한 혼합물들 중 몇몇은 폐에서 내뿜는 냄새와 증기를 포함한다.[1] 개별 화학 센서는 제어된 감지 환경을 이용하는 경우가 많으며 주변 조건의 변화(예: 온도 및 습도)는 센서 성능을 방해할 수 있다.[2][5] 화학 센서 어레이는 다양한 조건에서 다양한 혼합물을 감지할 수 있도록 교차 활성 센서 구성 요소의 조합 반응 패턴 인식을 채택한다.[1][2][5][3] 화학 센서 어레이는 특정 분석 물질의 서로 다른 배열 성분에 대한 조합 반응이 표적 분자 상호작용과 패턴 인식을 모두 사용하여 특정 분석 물질 또는 혼합물에 대한 지문을 생성하기 때문에 종종 청각, 돌풍, 후각, 섬광, 시각 등의 오감을 모방하는 것으로 알려져 있다.[3][4]

역사

화학 센서 어레이의 역사는 다른 화학 센서 기술의 발전과 밀접하게 연관되어 있는데, 1960년대에는 산소 등 분석을 감지할 수 있는 금속 산화 반도체 센서의 시연으로 전자 화학 센서 분야의 연구가 활발해졌다.[6] 인간은 400개의 후각 수용체만을 보유하고 있을 뿐 만 개 이상의 향기를 식별하고 식별할 수 있다.[3] 후각 수용체들의 개별 배열 성분 반응의 뇌에서의 신호 처리로 특정 향기의 구별을 위한 패턴인식이 이루어진다.[3] 많은 화학 센서 어레이의 설계 목표 중 하나는 다양한 재료와 통합된 전자 코를 설계하기 위한 후각의 성능을 모방하는 것이다.[7] 화학 센서 배열을 패턴 인식 방법과 결합하면 생물학적 감각 인식 방법을 모방한다.[8] 그림 1을 참조하십시오. 상업적으로 이용 가능한 전자 코 시스템이 존재하며 식품 산업에서 품질 관리를 위해 사용된다. 현재의 연구 노력은 환경 모니터링과 의약품에 전자 코 원칙이 상용 기기뿐만 아니라 소비자 등급의 웨어러블 전자 기기에도 도입되었음을 입증한다.[9] 화학 센서 어레이의 중심에는 다양한 분석 물질이 서로 다르게 상호작용한다는 원칙이 있다. 이와 같이, 다른 분석 물질이나 혼합물에 다르게 반응하는 한, 센서 배열에서 어떤 종류의 물질을 사용할 수 있다. 이 아이디어로부터, 교차반응 센서 어레이는 혼합물의 구성 요소로서 화합물과의 광범위한 호환성을 위해 화학 센서 어레이 개발의 초점이 되어 왔다.[1]

그림 1. 많은 화학 센서 어레이의 디자인과 영감은 냄새나 맛과 같은 오감 중 하나 이상이다. 여기에 기술된 바와 같이 센서 배열 데이터를 활용하는 과정은 냄새 생물학적 악취 검출과 유사한 단계로 세분될 수 있다. 1. 신호 획득, 2. 신호 처리, 3. 신호를 이미 알고 있는 것과 비교, 4. 응답을 생성한다.

어레이 신호 처리

어레이 센서에서 나오는 신호를 처리하고 이미 알려진 패턴과 비교해야 한다. 주성분 분석(PCA), 최소 제곱 분석, 최근에는 신경망 훈련 및 패턴 개발 및 식별을 위한 머신러닝 활용 등 배열 데이터를 처리하는 데 유용한 기법이 많다.[1][4] 머신러닝은 화학 센서 어레이 데이터의 패턴 생성과 인식을 위한 보다 최근의 발전이다.[10][11][12] 선택한 데이터 분석 방법은 전자, 광학, 음향파, 전기화학 센서 어레이 등 4가지 주요 화학 센서 어레이 유형으로 분류할 수 있는 감지 파라미터, 원하는 정보 사용(양적 또는 질적), 검출 방법 등 다양한 요인에 따라 달라진다.[1][2][5]

전자 화학 센서 어레이

첫 번째 유형의 화학 센서 어레이는 신호 획득을 위한 전자 신호의 변조에 의존한다. 이러한 유형의 화학 센서 어레이는 종종 금속 산화 반도체, 전도성 폴리머, 나노 물질과 같은 반도체 물질 또는 금속 유기체 및 공동 유기체 프레임워크와 같은 프레임워크 물질을 이용한다.[1] 전자 화학 센서의 가장 간단한 장치 아키텍처 중 하나는 화학자이고, 다른 아키텍처는 콘덴서와 트랜지스터를 포함한다. 이러한 물질들은 대상 분자의 물리적인 이질 또는 화학작용을 통해 변경될 수 있는 저항을 가지고 있다. 따라서 측정 가능한 신호는 전류, 캐패시턴스 또는 또는 전압의[1]

전자화학센서 어레이의 금속산화 반도체

금속산화물 반도체는 1960년대에 유기 증기의 단일 분석 물질 탐지를 위한 화학 물질 센서로 처음 보고되었다.[1] 상용화된 최초의 화학적 센서들은 일산화탄소 검출에 금속 산화 반도체를 이용했다.[1][12] 일산화탄소 검출기에 사용하는 것으로 가장 잘 알려져 있지만 금속산화물 반도체는 구성의 전략적 조정을 통해 다른 분석물질을 감지할 수 있다.[12] 이러한 센서를 작동시키는 데 필요한 높은 작동 온도는 이러한 반도체를 비효율적이고 특히 물과 상호 작용하게 한다.[1][5]

1990년대에 워릭 대학의 몇몇 연구자들은 다단계 혼합물에 아세톤, 에탄올, 메탄올, 자일렌 등 유기 증기를 감지하고 구별하기 위해 패턴 인식 소프트웨어와 통합된 최초의 교차반응(비선택적) 금속 산화 반도체 센서 어레이를 만들었다.[1][12] 이 전자 코 시스템은 워릭 노즈라고 알려져 있으며, 상업적으로 구할 수 있는 주석과 실리콘 산화 반도체를 가스 감지용 배열 형식으로 결합하였다(그림 2 참조).[13] 미세조립 기법을 이용한 금속산화물 반도체 어레이의 포맷을 고도화해 소형 어레이 설계와 각 어레이 부품에 신호 처리 컴포넌트를 통합하는 것이 현 노력이다. 이러한 미세 기기는 검출 한도를 낮추고 서로 다른 수의 장치를 포함하는 배열로 휘발성 유기화합물과 일산화탄소를 구별할 수 있는 능력을 강화했으며, 금속 산화물의 박막으로 센서 물질의 양을 감소시키는 시스템도 있다.[14] 센서의 민감도도 각 기기 내 금속의 비율 변화 및 최소 사각분석을 활용한 데이터 처리 등이 영향을 미치는 것으로 나타났다.[12]

금속산화물 반도체의 또 다른 예는 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 배열로, 이 트랜지스터는 게이트와 인접한 n-도프 채널이 있는 p형 실리콘 베이스 위에 이산화규소(팔라듐 등) 위에 촉매 활성 관문금속(Palladium)으로 구성되어 있으며, 수소, 암모니아, 에탄 등을 감지하는 데 사용되어 왔다.al.[1] 이러한 MOSFET는 반도체 게이트 작업 기능을 조절하여 장치 전체의 전압 변화를 일으킨다.[1] MOSFET는 튜닝성이 뛰어나지만 교차 반응성과 높은 작동 온도에 의해 제한된다.[2]

전자화학 센서 어레이의 본질적 전도성 폴리머

관심 있는 몇몇 본질적으로 전도성 폴리머는 폴리아세틸렌, 폴리티오페인, 폴리아닐린 등이 있으며, 다른 것들은 화학 도핑을 포함한 과정을 통해 전도성을 가질 수 있다.[1][2] 전도성 폴리머의 전자 감지 메커니즘의 기초가 되는 원리 화학은 분석 물질(주로 흡수를 통한)과의 상호작용에 기인하는 물리적 구조(스웰링)의 변화에 따라 이들 폴리머의 전도도를 변조하는 것이다.[1] 센서 어레이에서 전도성 폴리머를 사용하는 장점은 방대한 폴리머 라이브러리의 합성 액세스가 있다는 것이다. 그 결과 전도성 폴리머는 금속 산화 반도체에 대한 유망한 대안으로, 특정 용도에 맞게 보다 강력한 어레이를 설계하기 위해 서로 다른 기능을 가진 많은 수의 센서를 사용할 수 있기 때문이다. 모노머 정체성, 중합 조건 및 장치 제작 방법은 전도성 중합체의 형태학적 및 화학적 특성 모두에 영향을 미치며, 설계될 수 있는 배열 구성요소의 다양성에도 기여한다.[1][2][8] 전도성 폴리머 어레이의 제한은 폴리머 소재를 통한 신호 전달 경로가 잘 이해되지 않고 폴리머에 대한 최소 흡착으로 인해 비극종을 감지하는 데 어려움을 겪는다는 점에서 단일 센서 아날로그와 유사하다.[1] 상업적으로 이용할 수 있는 몇 가지 시스템이 제공되어 휘발성 유기화합물의 식품 분석 및 감지에 사용되고 있지만, 전도성 폴리머를 활용한 화학적 센서 어레이 발전은 다른 재료와 감지 방법이 개발됨에 따라 감소하였다.[1]

전자화학센서 어레이의 나노소재

그래핀, 탄소나노튜브, 2D·3D 프레임워크 소재 등 새로운 나노소재 개발이 전자화학센서 어레이에 적용하기 위한 새로운 등급의 재료로 보고됐다. 그래핀과 탄소나노튜브의 경우 공밸런트 또는 비공밸런스 수정을 통한 표면 기능화와 에지 사이트 결함을 숙주-객원 상호작용의 현장으로 활용한다. 그러한 예로는 휘발성 유기화합물을 구별할 수 있도록 다양한 메탈폴로피린으로 변형된 단벽 탄소 나노튜브가 있다.[15][16]

전자화학 센서 어레이의 전도성 프레임워크 재료

전도성 프레임워크 물질은 감지 메커니즘이 유사하지만, 이러한 물질은 특정 분자 상호작용을 위해 조정된 활성 부위로 설계될 수 있다.[17] 비메탈 메탈로프탈로시아닌 금속-유기체 프레임워크(MOFs)와 COF(공동유기체 프레임워크)는 황화수소, 암모니아 및 질소 산화물을 감지하는 단일 장치 화학 물질에서 가능성을 보였다.[18][19] 화학자재로 이러한 물질을 개발하면 표적 분자 상호작용이 가능한 배열을 전략적으로 설계할 수 있으며, 이를 통해 특정 화합물 감지에 적합한 배열 성분을 개발할 수 있다. 여러 MOF에 대한 컴퓨터 연구도 다양한 혼합물의 특정 성분을 감지하는 데 가장 적합한 MOF 조합을 최적화하는 데 초점을 맞추었다.[20] 프레임워크 어레이 구성요소의 큐레이션에 초점을 맞춘 것은 강력한 센서 어레이를 실험적이고 계산적으로 설계할 수 있는 기회를 보여주었다.[21][22]

혼합 재료 전자 화학 센서 어레이

서로 다른 재료로 조립한 센서를 하나의 어레이로 결합해 전자화학 센서 어레이에 사용하기에 적합한 다양한 종류의 재료의 특정 한계를 극복하기 위한 노력이 이루어졌다.[1] 그 예로는 MOF의 박막으로 코팅된 금속산화 나노와이어가 있는데, 이는 개별 재료로 만든 센서보다 센싱 성능이 향상된 것으로 보고되었다.[23] 탄소 블랙 폴리머 혼합은 또한 분석 물질 차별 및 배열 요소 신호를 개선하여 동일한 등급 내에서뿐만 아니라 다양한 등급에 걸쳐 휘발성 유기 화합물의 검출 능력을 강화하였다.[24][25]

분자 각인된 폴리머도 배열 형식에 통합되어 있고, 각인 과정을 통해 분자 각인된 폴리머 어레이가 특정 분석 물질에 대한 미터가 될 수 있기 때문에 효용성을 보여주었다.[26]

광학/색도 화학 센서 어레이

그림 2. 색도 및 형광 센서 어레이의 기본 원리 개요 1. 여러 색도 센서 및/또는 형광 센서의 배열 구성. 2-3 어레이가 특정 분석 물질에 노출되면 구성 요소의 지문 감식이 가능하다. 4. 알려진 지문의 패턴 인식으로 혼합물의 다중 요소 분석을 달성할 수 있다. 이 과정은 그림 1의 또 다른 일반화일 경우. 아킴과 공저자가 만든 그림에서 각색했다.[3]

전자 화학 센서 어레이와는 별도로 대상 분석 물질과 빛(초외선, 가시, 적외선)의 화학적 상호작용을 조사하는 광학 화학 센서 어레이가 있다. 일반적으로 광학 센서는 흡광도, 회절도, 형광도, 굴절도, 산란 등 다양한 계량화 방법을 통해 빛과의 화학적 상호작용을 탐사한다.[3][4] 일반적으로 형광 센서는 다른 광학 방법보다 감도가 높다.[3] 광학 센서는 광원, 파장 필터, 샘플, 검출기로 구성되며, 사용하는 방법에 따라 센서 설계가 달라진다.[3] 전자코와 마찬가지로 광화학 센서 배열을 광전자 코라는 주제 아래 분류하고 특정 화합물에 대한 지문을 개발하고 패턴 인식을 사용하여 혼합물에 포함된 성분을 식별하는 방식으로 작동한다. 그림 2. 색도 측정 및 형광학 센서 어레이의 기본 원리를 보여준다. 염료와의 화학적 상호작용은 광학 센서에서 검출되는 빛의 변화를 초래한다.

광학 센서는 분석 물질과의 선택적 상호작용이 필요하며 프로브 재료와 크로모 또는 플루오로포어의 두 가지 구성요소가 필요하다.[3][4] 교차-반응 광학 및 형광 어레이는 프로브와 분석 물질 사이의 분자 상호작용에 대한 전략적 고려가 필요하다. 전기 화학 센서 어레이와 마찬가지로 광학 화학 센서 어레이도 물과 같은 경쟁 분석 물질이 존재하는 곳에서 감지하는 어려움에 직면해 있다.[1][2][3] 호스트-게스트 상호작용에 대한 고려는 광학 활성 폴리머와 같은 '비규칙 센서'(비선택적)의 통합은 주로 수혈성에 기반한 다양한 화합물, 그리고 소위 '일원' 센서에 대한 배타적 결합을 허용하기 때문에 어레이가 다양한 분자 특성을 조사할 수 있게 한다. 특수 분석 물질(잠금 및 키 설계와 유사)은 색도 센서 어레이의 특수성과 적용성을 강화한다. 감지 탐침의 종류에 관계없이, 물질에 대한 측정 가능한 색도 변화를 일으키는 분자간 상호작용에는 5가지 주요 유형이 있다.[3]

색도계 화학센서 어레이에서의 Brønsted-Lowry acid-Base 상호작용

pH 지표로 일반적으로 사용되는 염료와 같은 Brønsted-Lowry 산 기반 상호작용은 색도 감지용 초기 방법 중 하나이다. 20세기 초부터 7-히드로크쇼에녹사존(리트머스)과 안토시아닌옥소늄염료와 같은 천연염료가 pH 지표와 색도 센서로 모두 사용되어 왔다.[4] 브뢰네스트-로브리 산 기반 기능을 가진 다른 많은 색소포레들은 아조 염료, 니트로페놀, 프탈레인, 그리고 황소팔린과 같이 개발되었다.[4] 이러한 색소포체의 Brønsted-Lowry acid-base 기능은 구조 내의 특정 화학적 모이티와 해당 pKa와 관련된다. 양성/탈색 사건으로 인한 색상 변화는 특정 강도 및/또는 농도의 산 또는 염기와의 분자간 상호작용으로 광범위하게 정의될 수 있다.[3][4]

Lewis acid-base interaction in Colorimetric Chemical Sensor Arrays에서의 Lewis 산-베이스 상호작용

Brønsted-Lowry acid-base 상호작용은 광범위한 화합물에 민감하지만, Lewis acid와 base 상호작용은 색도계 화학 센서 어레이와 관련된 가장 민감한 분자간 상호작용의 일부 집합으로 구성된다.[3] 루이스산의 선택성과 화학적 감지에서의 염기 상호작용은 냄새의 가장 자극적인 것이 루이스 베이스(thiols, 인산, 아민)에서 발생하며, 생물학에서 모든 분자 모티브의 가장 낮은 농도에서 그것들을 감지하기 위해 사용되는 금속 계향 후각 수용체에서 발생한다는 사실에 의해 강조된다.ptors.[3] 루이스 산염료(개열 조정 부위가 있는 금속 양이온)는 감지를 위한 생물학적 후각에 사용된다.[4] 이와 같이 메탈포폴피린과 같은 루이스산은 루이스 산-베이스 상호작용이 강하기 때문에 색도 센서를 개발하는 연구자들에게 특히 관심이 많다.[4]

그림 3. HEN(Handband Electronic Nose)은 화학 센서 어레이를 사용하여 차 발효를 평가하여 차 준비와 품질을 최적화할 수 있다.

색도계 화학센서 배열의 기타 상호작용

파일:Cyranose 320 Labelated.jpg

그림 4. 박테리아를 유발하는 눈 감염을 감지하기 위해 32개의 검은색 탄소 폴리머를 사용하는 시라노세 320 전자 코의 다이어그램. 사이라노세 사이언스 [27]사가 제공한 이미지

다양한 다른 가역성 분자 상호작용은 분석 물질과의 상호작용에 따라 색 변화를 발생시키는 것으로 나타났다. 여기에는 서로 다른 적용 전위에서 특정한 색상 변화를 겪는 redox 활성 크로모 및 플루오르포레 등이 포함된다.[3][4] 또한 메로시아닌, 아조벤젠 등 다양한 염료가 존재하며, 환경의 극성에 따라 색의 변화를 보여준다.[3] 분자간 상호작용을 통한 이러한 시스템을 통한 전자 밀도의 '밀도-당김' 메커니즘은 지면과 흥분 상태 사이의 쌍극자 모멘트를 증가시키게 되는데, 이는 광학적 전환에 대한 관측 가능한 변화로 나타난다.[4] 나노소재 개발은 특정 염료(특히 redox 활성 염료)의 표면 수정을 허용하여 염료와의 분석 상호작용을 위한 보다 활성 부위의 표면 면적 대 부피 비율이 높아 높은 감도를 제공할 수 있다.[28]

색도계 화학 센서 어레이 제작

재료는 전자 화학 센서 배열 및 배열에 사용되던 임대 라인과는 달리, 그것은 감지 물질과 분석 물질 사이에 직접적인 상호 작용을 전도율 또는 전압에서 색도 센서 배열의 제조가 광학적 신호의 양쪽analyte-substrate 상호 작용과 전달에 배려가 필요한 변화 같이 전달 신호를 보내기 까지 이어진다.[29] 색도 센서 어레이를 제작하는 한 가지 방법은 염료를 불활성, 투명한 매트릭스에 매달아 미세공간을 준비하는 것이다. 그리고 나서 이 마이크로스피어는 광섬유에 통합된다.[3] 색도 센서 어레이를 제작하는 다른 방법으로는 배열 불소와 색도 염료(직접 또는 나노 기질)를 종이, 실리카겔 또는 다공성 고분자 막을 포함한 다양한 기판에 인쇄하는 것이 있다.[3]

광학 화학 센서 어레이 소자의 디지털 이미징 및 조명을 포함하면 마이크로스피어나 도금 센서의 색도 및 형광 데이터를 실시간으로 색도 데이터 측정의 신속한 실시간 신호 전도가 가능하다.[3][28] 검출기는 빛의 특정 파장을 처리하거나 RGB 영상 처리 프로그램을 사용하여 센서 어레이의 직접 이미지에서 얻은 데이터를 분석할 수 있다.[3] 전자 화학 센서 어레이와 마찬가지로 광학 화학 센서 어레이도 적용 가능성을 높이기 위해 마이크로 패브릭 기법을 사용해 소형화하고 있다. 최근 광화학 센서 어레이가 발전하면서 센서 어레이가 평판 스캐너와 스마트폰 등 모바일 전자제품(마이크로플레이트 제작을 통해)에 직접 통합되는 결과를 낳았다.[3] 이microplate 배열 단계의 치명적인 공업용 화학 물질cross-reactivenanoporous pigments,[30]암 진단 금의 형광 proteins,[31일]고, 개발과 조합 도서관의 평가 nanoparticle-green는 배열을 사용하여를 사용하여 식별에 응용 프로그램과 다양한 복잡한 혼합물 비색 분석을 가능하게 한다.만나알-트리거 콤플렉스를 센서 자체로 사용.[32]

기타 화학 센서 어레이 유형

덜 흔하지만 화학 센서 어레이로서 기능이 입증된 장치의 다른 분류는 두 가지가 있다. 여기에는 파동 소자와 전기화학 센서가 포함된다.

화학 센서 어레이로서의 파동 장치

음향파 소자, 두께 전단 모드 공명기(TSM), 쿼츠 크리스탈 마이크로 밸런스 등 몇 가지 주요 유형의 파장 소자가 있다. 이러한 장치는 알려진 주파수에서 진동하며 진동 주파수는 장치 질량의 변화에 의해 변조된다. 이러한 기기는 화학 센서 어레이에서 유용한 재료로 이미 논의된 재료의 복수도로 수정할 수 있다.[1] 이러한 모든 물질은 다양한 화합물에 대한 선택적 상호작용뿐만 아니라 분자간 상호작용의 광범위한 호환성으로 표시되며, 혼합물에서 화합물의 지문 감지가 가능하다.[1]

중합체 필름으로 코팅된 마이크로마친 금속산화 캔틸레버와 같은 물질로 파동 소자를 수정하면 휘발성 유기화합물뿐만 아니라 수소 가스 및 수은 증기의 혼합물 검출도 강화된다.[33][34] 벌크와 표면 탄성파 장치 고차 센서에서 감지 물질 신호 전달을 위해 전기적 광학적 같은 여러 모드를 상승시키고 추가로 같은 파도 장치 또한 하나의 센서 구성 요소에서 데이터 더 처리되는 가상 화학 센서 배열을 만드는 데 사용되었다 사용해 왔다.[35] 구리 프탈로시아닌, 단벽 및 다벽 탄소나노튜브 등 다양한 재료로 표면 변형 쿼츠 결정 미세균형을 이룬 화학물질 센서 어레이는 데이터 처리에 머신러닝 알고리즘을 채용할 때 가스 감지용 전자코로 유망한 것으로 나타났다.[36]

전기화학 센서 어레이

화학 센서 어레이에서 사용할 수 있는 또 다른 종류의 장치는 전극이다. 일반적으로 전기화학 기반 센서를 전자 혀라고 한다.[37] 다극성 시스템에서 전극의 표면 수정은 특정한 분자 상호작용을 타겟으로 할 수 있다.[37] 반투과성 멤브레인 재료는 표적 분석 물질을 선택적으로 산화하거나 감소시키는 능력을 통해 전극을 센서로 만들 수 있도록 한다.[1] 한 가지 예는 폴리(염화비닐)와 같은 전위차계 폴리머로 만들어진 일련의 반투과성 막 센서의 사용이 수용액에서 질산염, 질산염 및 암모늄 농도를 감시하는 능력을 입증했다는 것을 포함한다.[38] 전압계 및 전위차계 방법이 모두 개발되었으며, 이 기법은 뇌척수액과 같은 수용액의 다차원 분석뿐만 아니라 전기화학 반응에서 레독스 제품의 분화를 위한 연구의 활발한 영역이다.[26][37]

실제 사용이 가능한 화학 센서 어레이의 예

다양한 용도를 위한 화학 센서 어레이 개발에 초점을 맞춘 이해도가 높고 새로운 연구가 다양하게 존재한다. 화학 센서 어레이와 통합된 분석 장치는 암 진단 테스트, 호흡기의 지문 분석에 기초한 박테리아 감염, 식품 및 제품 품질 관리를 위한 진단 테스트로 제안되었다.[39] 몇 가지 예는 다음과 같다.

  • COVID-19 감염을 검출할 수 있는 서로 다른 유기 리간드와 연결된 금 나노입자로 만들어진 화학 센서 어레이 장치의 임상 시험.[40]
  • 차의 발효 최적화를 가능하게 하는 휴대용 전자 노즈(HEN) 상용 화학 센서 어레이 장치는 그림 3을 참조한다.[41]
  • WOLF eNose는 휘발성 유기화합물 검출에 전자 센서와 색도 센서를 함께 사용하는 화학 센서 어레이로, 요로 감염 유발 박테리아 검출에 활용됐다.[42][43]
  • 시라노세 320 전자 코는 시라노세 320 전자 노즈(Cyranose 320 Electronic Nose)[44]는 시중에 판매되는 화학 센서 어레이로, 96%의 정확도로 눈 감염을 일으키는 6개의 박테리아를 식별할 수 있다(그림 4 참조).

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab Albert, Keith J.; Lewis, Nathan S.; Schauer, Caroline L.; Sotzing, Gregory A.; Stitzel, Shannon E.; Vaid, Thomas P.; Walt, David R. (2000-07-01). "Cross-Reactive Chemical Sensor Arrays". Chemical Reviews. 100 (7): 2595–2626. doi:10.1021/cr980102w. ISSN 0009-2665. PMID 11749297.
  2. ^ a b c d e f g h i j Johnson, Kevin J.; Rose-Pehrsson, Susan L. (2015-07-10). "Sensor Array Design for Complex Sensing Tasks". Annual Review of Analytical Chemistry. 8 (1): 287–310. doi:10.1146/annurev-anchem-062011-143205. ISSN 1936-1327. PMID 26132346.
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