糖尿病作为全球高发的慢性代谢疾病，无创监测技术的研发一直是医学与材料领域的研究热点。近期，深圳大学罗景庭、陶然联合淮南师范学院、北京协和医院、中国计量大学、清华大学等多家单位在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》发表最新研究成果，成功开发出基于铂掺杂氧化锌（Pt-doped ZnO）纳米材料的室温声表面波（SAW）气体传感器，可实现对呼气中异丙醇（IPA）的高灵敏、高选择性检测，为糖尿病无创呼吸监测提供了全新的实用化技术方案。
✅ 室温工作：无需加热，低功耗，安全性高
✅ 高灵敏度与低检测限：适合检测呼吸中低浓度异丙醇
✅ 快速响应与恢复：12秒内完成检测与恢复
✅ 优异的选择性：对常见干扰气体几乎无响应
✅ 长期稳定性：30天内性能稳定
✅ 材料可控性强：通过调节铂掺杂比例优化性能
采用水热法 + 高温退火制备 Pt-doped ZnO 纳米颗粒，以乙酸锌为锌源、尿素为沉淀剂、氯铂酸为铂源，通过调控氯铂酸添加量，制备出纯 ZnO、0.3 wt%、0.5 wt%、0.7 wt% Pt/ZnO 四种样品，经离心、洗涤、干燥、300℃煅烧后得到粉体，分散于乙醇中形成旋涂悬浮液。
以 ST 石英晶片为基底，通过光刻和热蒸发制备 Cr/Au 叉指换能器（IDTs，100 对指状电极，中心频率～126.62 MHz）；采用旋涂工艺（3500 rpm，30 s）将 Pt/ZnO 悬浮液涂覆在叉指换能器的延迟线区域，60℃加热 10 min 去除溶剂，形成均匀的敏感膜。
掺杂比例优化
暴露于 75 ppm 异丙醇时，0.5 wt% Pt/ZnO 传感器频移达 420 Hz，是纯 ZnO 传感器（55 Hz）的 7.6 倍；0.7 wt% Pt 掺杂因颗粒团聚导致性能下降，确定 0.5 wt% 为最佳比例。
响应 / 恢复速度：对 75 ppm 异丙醇的响应和恢复时间均为 12 s，远快于现有室温异丙醇传感器；
灵敏度与检测限：15-225 ppm 异丙醇浓度范围内频移与浓度呈良好线性关系，灵敏度 6.76 Hz/ppm；基于 3σ/S 计算得检测限 1.38 ppm，落在糖尿病患者呼气异丙醇浓度范围（0.1-10 ppm）内，满足临床检测需求；
重复性：循环暴露于 110 ppm 异丙醇，响应幅度偏差小于 ±3%，重复性优异；
长期稳定性：30 天连续监测，传感器性能无明显衰减，稳定性突出；
选择性与抗干扰性：对 600 ppm 丙酮、甲苯、乙醇、甲醇、乙苯等呼气中常见干扰物，传感器响应可忽略不计，远低于对 150 ppm 异丙醇的响应，高选择性源于 Pt-O 配位效应促进异丙醇优先吸附；
实用化测试：在模拟人体呼吸的 32℃、湿度环境下，传感器仍能稳定工作，证实其实际应用潜力；与现有同类传感器对比，该传感器在室温工作、响应 / 恢复速度、综合性能上均占据显著优势。
Comparative gas sensing performance of ZnO composites with different Pt doping concentrations toward IPA at 25℃ and 68 %RH: (a) Real-time response curves at 75 ppm IPA concentration, (b) the frequency shift of the sensors in response to different IPA concentrations, and (c) the response and recovery times at 75 ppm IPA concentration.
Performance evaluation of the 0.5 wt% Pt/ZnO sensor for IPA detection at 25℃ and 68 %RH: (a) Response–time curves to different IPA concentrations, (b) frequency shift upon exposure to IPA concentrations ranging from 375 ppm to 15 ppm, (c) repeatability curves for 110 ppm IPA over three cycles, (d) selectivity test at room temperature and (e) the long-term stability test. (f) Comparison of sensing responses with current IPA sensors.
电子敏化效应：Pt 的功函数高于 ZnO，电子从 ZnO 向 Pt 纳米颗粒迁移，在界面形成肖特基势垒和电子耗尽层；Pt²⁺进一步提高肖特基势垒高度，最大化表面电导率的相对调制，增强气敏响应；
化学溢出效应：Pt⁰作为高效催化中心，将空气中的 O₂催化解离为高活性的 O⁻，并溢出到 ZnO 表面，增加活性位点数量，促进异丙醇的氧化反应；
气体反应过程：异丙醇分子吸附在传感器表面后，与 O⁻发生氧化还原反应，释放电子回 ZnO 导带，使电子耗尽层变窄，表面质量和电导率发生显著变化，产生大的频移信号；其氧化反应为：CH₃COCH₃(ads.) + 8O⁻(ads.) → 3CO₂(gas) + 3H₂O + 8e⁻；
结构协同作用：0.5 wt% Pt/ZnO 的多孔结构为气体传输和吸附提供充足通道，同时保证 Pt 的高分散性，避免活性位点被覆盖，实现快速的吸附 / 脱附动力学，表现为超快的响应 / 恢复速度；
高选择性机制：Pt-O 配位效应为异丙醇分子提供了特异性吸附位点，大幅降低异丙醇氧化的活化能，使其反应优先级远高于其他干扰气体，从而实现高选择性检测。
Schematic illustration of the IPA sensing mechanism based on Pt/ZnO functionalized sensor at 25℃ and 68 %RH (a) before, and (b) after gas exposure.
糖尿病无创监测：该传感器可实现呼气中异丙醇的室温、快速、高灵敏检测，结合便携式 SAW 器件系统，可开发成糖尿病无创呼吸监测仪，替代传统有创采血，提升患者监测依从性，适用于糖尿病的筛查、日常血糖监测和病情跟踪；
便携式呼气分析设备：传感器具备低功耗、无源无线、便携化的优势，可集成于物联网（IoT）监测系统，开发成手持式呼气检测设备，实现现场快速检测；
工业与环境监测：异丙醇作为工业常用有机溶剂，该传感器可用于工业生产环境中异丙醇泄漏的实时监测，以及大气中挥发性有机化合物（VOCs）的检测，兼具室温工作和高选择性的优势；
罗景庭，特聘研究员，深圳大学物理与光电工程学院副院长，深圳市十佳青年教师，广东省优粤人才（A类），深圳市地方级高层次人才，深圳市海外高层次人才，南山区领航人才，深圳市先进薄膜与应用重点实验室副主任。围绕功能薄膜材料与器件开展研究工作，着重在光伏电池，热电器件，光电探测，气敏探测和声表面波器件领域，在薄膜材料设计，微结构调控和器件优化方面具有深厚的研究积累，获得2018年度国家科学技术进步二等奖1项，2017年度教育部高等学校优秀成果科技进步一等奖1项，2018年度广东省自然科学二等奖1项。在Biosensors & Bioelectronics、Sensors and Actuators B: Chemical、Nanoscale、Physical Review Applied、Physical Review B、Applied Physics Letters等国际知名期刊上发表SCI论文100余篇，申请专利20余项。主持国家重点研发计划项目，国家自然科学基金项目，广东省自然科学基金项目，深圳市学科布局等十余项课题。
陶然，助理教授，特聘副研究员，深圳市海外高层次人才。主要进行基于声学器件的多学科交叉领域应用研究。主持有国家自然科学基金青年基金，及省、市基金 6 项。在 Nano Letters、Nano Energy、ACS Sensors、Sensors and actuators B: chemical 及 Lab on a Chip 等国际著名期刊发表 SCI 论文 60 余篇。
Huanming Wang, Jinqiao Hou, Chong Li, Xinge Cui, Chenze Lu, Fujian Ren, Chen Fu, Jingting Luo, Ran Tao, Room-temperature surface acoustic wave gas sensor functionalized by Pt-doped ZnO nanomaterials for isopropanol detection, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 735 (2026) 139303
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2025.139303
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