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Nov 05, 2023
Nanofoglio
Scientific Reports volume 12,
Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13874 (2022) Citare questo articolo
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Dettagli sulle metriche
La gestione dello stress mentale è diventata molto importante perché uno stress mentale eccessivo e prolungato può danneggiare la salute umana. Negli ultimi anni sono stati identificati diversi biomarcatori associati allo stress mentale. Uno di questi biomarcatori è l’allil mercaptano. Un ossido di stagno del tipo nanofoglio ha mostrato un'elevata selettività del gas per l'allil mercaptano; pertanto, in questo studio, è stata fabbricata una serie di sensori comprendente sensori di gas di ossido di stagno di tipo nanosheet per rilevare l'allil mercaptano. Sono stati utilizzati algoritmi di apprendimento supervisionato per costruire modelli di classificazione dei gas basati sull'analisi dei componenti principali delle risposte del segnale del sensore dalla serie di sensori. I dati completi forniti dai modelli di classificazione possono essere utilizzati per prevedere l’allil mercaptano con elevata precisione.
Il concetto di stress fu introdotto per la prima volta nel 1936 come "la risposta non specifica del corpo a qualsiasi richiesta", una definizione ampliata da successivi esperimenti sullo stress1,2,3. Ricerche recenti definiscono lo stress come qualsiasi evento che interrompe l’omeostasi, inducendo il corpo a rilasciare ormoni per ripristinare l’omeostasi. Lo stress cronico è biologicamente associato a numerosi disturbi e problemi di salute. Pertanto, la gestione dello stress è essenziale in ambito sanitario per prevenire le malattie e migliorare la qualità della vita.
Lo stress mentale può essere quantificato misurando i livelli di diversi biomarcatori dello stress mentale rilasciati dal corpo. Shiseido Co. Ltd. ha recentemente identificato sostanze dall'odore distinguibile emanate dalla pelle durante la tensione emotiva e una di queste sostanze era l'allil mercaptano4,5,6. Di conseguenza, la rilevazione dell'allil mercaptano potrebbe essere utilizzata per prevenire lo stress mentale cronico che segnala all'utente uno stato di tensione emotiva iniziale.
I sensori di gas sono dispositivi efficaci nella rilevazione di sostanze odorose. Inoltre, le serie di sensori combinate con l'analisi statistica dei dati sono state considerate adatte per discriminare, rilevare e riconoscere i gas7,8,9. La chiave per ottenere buone prestazioni dagli array di sensori è che il sensore di gas possieda proprietà di rilevamento superiori e uniche. Poiché il meccanismo di rilevamento fondamentale di un sensore di gas prevede l'adsorbimento e il desorbimento delle molecole di gas sulla superficie del materiale del sensore10,11,12,13, un materiale con una struttura superficiale diversa può fungere da materiale critico nell'applicazione di rilevamento del gas.
In studi precedenti, è stato sviluppato un sensore di gas utilizzando un ossido di stagno di tipo nanosheet come materiale del sensore di gas14,15, che esponeva principalmente strutture superficiali metastabili. Il sensore ha inoltre mostrato proprietà di rilevamento superiori e uniche grazie alle sue diverse strutture superficiali16,17,18,19.
In questo studio, abbiamo studiato le proprietà degli ossidi di stagno del tipo nanosheet rispetto all'allil mercaptano. Abbiamo progettato un array di sensori di gas costituito da sensori di gas di ossido di stagno di tipo nanosheet e condotto uno studio sulla discriminazione e previsione del gas attraverso modelli di previsione statistica utilizzando i segnali dei sensori raccolti per i biomarcatori, incluso l'allil mercaptano.
L'attività di ossidazione catalitica dell'allil mercaptano è stata studiata utilizzando ossido di stagno di tipo nanosheet e per il confronto sono state utilizzate nanoparticelle commerciali di ossido di stagno (Fig. 1). L'ossido di stagno del tipo nanofoglio ha mostrato un'attività maggiore nei confronti dell'allil mercaptano rispetto alle nanoparticelle commerciali di ossido di stagno. Una reazione di conversione è iniziata nell'ossido di stagno del tipo nanofoglio a circa 100 °C e la percentuale di conversione ha raggiunto circa il 99% a 250 °C. Al contrario, nel caso delle nanoparticelle commerciali di ossido di stagno, la reazione di conversione ha iniziato a progredire a circa 150 °C e la percentuale di conversione era di circa il 99% a 300 °C. L'allil mercaptano reagisce spontaneamente con l'ossigeno senza additivi a temperature superiori a 300 °C. La maggiore attività dell'ossido di stagno del tipo nanosheet può essere attribuita alla sua struttura superficiale metastabile con elevata reattività.