一研究团队成功研发出一款仿人肺受启发的石墨烯-金属有机骨架混合气体传感器，能够实时监测到达到了十亿分之一浓度的二氧化氮。这项研究于2023年5月30日在线发表在《自然通讯》杂志上。

作为一种高性能传感器，由于其简单的制造工艺、良好的能源效率和灵活性，人们期望它能应用于医疗设备中。

氮氧化物是细颗粒物的主要成分之一，它是一种危险物质，可能引发心血管疾病和退化性脑疾病。要控制氮氧化物，关键在于研发一种能够监测其浓度的传感器。氮氧化物传感器的性能取决于其“检测限值”有多低以及传感器能够多快地检测到化合物的浓度。

传统的二氧化氮监测主要在化学发光站进行，这些站体积庞大、价格昂贵且在空间测量范围方面有限。因此，这些站无法提供个性化的空气污染信息。虽然半导体传感器可以成为一种替代方案，但由于它们不仅无法满足检测限制标准，而且需要高温运行，其商业化受到限制。

为了克服这些限制，由权教授领导的研究团队成功地制造出一种混合结构，它在激光诱导石墨烯的基底上选择性地生长出具有极高纳米孔隙性的金属-有机框架（MOF），能够仅用1克就覆盖一个足球场那么大的表面积，并开发出一种能够实时监测极低浓度二氧化氮的传感器。

更重要的是，由研究团队研发的传感器拥有一个层级孔结构，受人类肺部的启发而设计。这个结构不仅具有巨大的表面积优势，还能快速进行气体交换。因此，与传统的二氧化氮传感器相比，该团队成功地实现了最低检测限度（0.168 ppb）和最快反应时间（15秒）。

此外，作为本研究开发的混合传感器基于激光工艺，研究团队可以轻松制造出电极，而无需复杂的基础设施，如真空设备。同时，他们还成功解决了以前无法实现的制作金属有机骨架（MOF）图案的难题。此外，该气体传感器具有灵活的结构，即使弯曲达到10,000次，也能保持其性能，预计将应用于可穿戴的高性能医疗设备中。

该研究的第一作者是综合硕士博士项目的学生Hyeong-tae Lim，研究由大邱庆北科学技术大学（DGIST）电气工程与计算机科学系的Hyuk-jun Kwon教授领导。

“我们从人类肺部得到了灵感，研发出了一种传感器，可以保护人们免受近年来快速城市化所导致的空气污染。我们希望这个传感器将来可以应用到可穿戴设备上，提供个性化的健康信息，” Kwon说道。