氧化物納米管由陽極化金屬形成。例如，Ti02納米管可在一些實施例中 通過超聲輔助陽極化而制備。在一個實施例中，可將鈦箔陽極和鉑陰極用于形成鈦納米管。 使用該方法制備的Ti0 2納米管的圖像在圖2B中示出。改變陽極化電位可控制管的直徑， 而改變陽極化時間可改變管的長度。雖然尺寸可因不同的材料和方法條件而變化，但是納 米管的直徑通常可在從約20nm至約500nm的范圍內，長度通常可在從約0? 5 ym至約50 ym 的范圍內，而壁厚可在從約5nm至約200nm的范圍內。納米管可形成通常對齊并取向的納 米管的有序陣列。在一個方面，可布置納米管的陣列，其中相鄰的納米管基本上彼此平行且 彼此接觸而堆疊。在陽極化方法期間的超聲處理還可以導致堆疊的納米管改善的排序。
[0043] 可將金屬氧化物納米管在氧氣中退火以提高納米管的電阻。例如，在一個實施例 中，可將處于陽極化狀態(tài)的Ti0 2納米管在氧氣中在500°C退火6小時以提高電阻，但根據(jù)材 料也可以使用其他溫度和時間。一般說來，可以使用從約200°C至600°C的退火溫度，而退 火時間為從約1小時至10小時。提高納米管的電阻可增強電流變化，該變化能夠在向納米 管施加充分的偏壓并當在功能化納米管與目標化合物諸如揮發(fā)性生物標志物之間發(fā)生結 合事件時進行檢測。
[0044] 納米管可用至少一種能夠結合目標揮發(fā)性有機化合物的金屬離子功能化?？捎糜?功能化本發(fā)明所公開的納米管的金屬離子的非限制性例子包括Cu1+、Li1+、Fe 2+、Ni2+、Cu2+、 Co2+、Pb2+、Fe3+、Co3+、Cr 3+、Mn3+、Ni3+、Sc3+、Sb3+、Ni 4+、Mn4+、Ti4+、As4+、Sb4+、Pt 4+、Au1+、Zn2+、Pd2+、 Pd 4+、Ag1+以及它們的組合。在一種替代形式中，金屬離子可以為單價：Li 1+，二價：Fe2+、Ni2+、 Cu2+、Co 2+、Pb2+，三價：Fe3+、Co3+、Cr3+、Mn 3+、Ni3+、Sc3+、Sb3+或四價：Ni 4+、Mn4+、Ti4+、As4+、Sb 4+、 Pt4。在一個實施例中，金屬離子可包括Co2+。在另一個方面，金屬離子可包括鈷、鉻、銅、鋅、 鐵、鎳、鈀、金或它們的組合。雖然可以使用離子的混合物，但在一個方面，金屬離子可以一 致地為單種金屬離子?？苫谂c目標化合物的結合能力來選擇金屬離子?？蓪⒂嬎銠C建模 用于預測各種金屬離子與各種生物標志物的親和力。也可以使用循環(huán)伏安法諸如在下文實 例中解釋的方法以實驗的方式測試金屬離子。具體的金屬離子和目標化合物對的非限制性 例子包括鉻和煙酸甲酯、銅和谷胱甘肽、鈷和谷胱甘肽、鎳和乳酸、鈷和乳酸等。
[0045] 金屬氧化物納米管可用一種或多種金屬離子通過本領域已知的金屬離子交換方 法功能化。將金屬離子（Co、Zn、Cr等）交換到110 2納米管表面上因在表面處存在大量羥 基（Ti-OH)基團而成為可能。這些羥基基團是用于結合金屬離子的可交換位點。表面羥基 質子與金屬離子交換，從而將金屬離子結合到納米管表面上。一般來講，離子交換可通過將 納米管浸入含有金屬離子的溶液中而進行。在一個實施例中，Ti0 2納米管可用鈷（II)離子 通過以下步驟功能化：首先將納米管加熱到100°C以使納米管脫水，然后將納米管浸入0. 5 重量％的氯化鈷（II)的乙醇溶液中30分鐘，再對納米管進行沖洗并在真空爐中在100°C進 行干燥。將納米管浸入金屬離子溶液的時期可從約30分鐘至約5小時變化。
[0046] 任選地，金屬氧化物納米管可以不功能化以使得納米管的天然表面與目標化合物 結合。因此，內表面和外表面中的至少一個經由天然表面或在這些表面上功能化的金屬離 子與目標化合物結合。例如，使用非功能化金屬氧化物納米管，特別是氧化鈦納米管，可容 易地檢測氨和硝酸鹽。其他目標化合物也可使用金屬氧化物納米管以類似的方式檢測。
[0047] 在另一個實施例中，提供了用于檢測目標化合物的傳感器。該傳感器可包括納米 管陣列，該納米管陣列包括多個功能化金屬氧化物納米管。該金屬氧化物納米管可由金屬 氧化物形成并可具有任選地通過金屬離子功能化的內表面或外表面。納米管表面或金屬離 子能夠與目標化合物結合。該傳感器還包括被構造成向納米管陣列施加電壓的電源以及被 構造成監(jiān)控和檢測響應電流的變化的電流傳感器，在與目標化合物結合時該響應電流發(fā)生 改變。電流傳感器可以是能夠測量電流的任何儀器，諸如穩(wěn)壓器等。
[0048] 可先于本文所公開的納米管或傳感器裝置的制造而確定目標化合物。對用于功能 化納米管的金屬離子的選擇可基于被選擇進行檢測的一種或多種目標化合物。本文所公開 的納米管和傳感器可用于檢測多種多樣的目標化合物，諸如揮發(fā)性有機化合物和/或非揮 發(fā)性化合物。因此，該傳感器可用于檢測流體（包括氣體和液體環(huán)境）內的目標化合物。 可以檢測的化合物的類別的非限制性例子可包括與爆炸品相關的化合物，諸如與IED型裝 置相關的那些，諸如過氧化物、硝酸鹽等；與飲用水污染相關的化合物，諸如三氯乙烯或砷； 以及為生理狀況或疾病的生物標志物的化合物?？赏ㄟ^檢測受試者呼氣中的相關揮發(fā)性有 機化合物而診斷的生理狀況或疾病的非限制性例子包括結核病、乳腺癌、肺癌、心臟病、糖 尿病、子癇前期、氧化應激以及它們的組合。當揮發(fā)性有機化合物為生理狀況或疾病的生物 標志物時，該生物標志物可以存在于受試者的呼氣中。因此，對生物標志物的檢測可通過使 受試者排出的呼氣在傳感器中的納米管上方經過而實現(xiàn)。具體的生物標志物的非限制性例 子可包括苯乙酸甲酯、對甲氧基苯甲酸甲酯、煙酸甲酯、2-甲氧基聯(lián)苯、乳酸、還原型或氧化 型谷胱甘肽、尿酸、尿素酶以及它們的組合。苯乙酸甲酯、對甲氧基苯甲酸甲酯、煙酸甲酯、 2_甲氧基聯(lián)苯是TB的已知生物標志物。谷胱甘肽的還原和氧化形式是受試者中氧化應激 的已知生物標志物?？梢詼y試的其他目標化合物包括三氯乙烷、砷、硒等。
[0049] 本文所公開的傳感器可具有被造成施加約-5V至約10V，在一些情況下最高5V，以 及在一些情況下-0. 2V至約-0. 8V的電壓（例如，偏壓）的電源。施加的電壓可根據(jù)目標 是通過傳感器進行檢測的目標揮發(fā)性有機化合物而選擇。電源可以是直流或交流電源。在 一個實施例中，電源是電池。在一些實施例中，傳感器可以是包括內置的可充電、一次性或 可更換電池的整裝裝置。在其他實施例中，電源可以在外部并通過電線連接到傳感器。電 流傳感器也可以是一體化的或在外部。在一個實施例中，用于檢測目標化合物的傳感器可 連接到外部電源和電流傳感器。該傳感器因此可以更加便宜地制造并且可以在一次或多次 使用后處置，而不用處置電源或電流傳感器。在一些實施例中，電源和電流傳感器可以是插 入傳感器中的單個裝置。這樣的裝置可包括一體化控件或該裝置可被構造成通過個人計算 機、筆記本電腦、智能手機等控制。這樣的裝置也可以按若干方式顯示來自傳感器的結果。 例如，該裝置顯示來自傳感器的電流信號的圖形表示?；蛘?，該裝置可以只是通過LED、聽覺 蜂鳴器等表明是否存在目標化合物的"是"或"否"。
[0050] 在一個實施例中，本文所公開的傳感器可包括被構造成在傳感器的納米管陣列 上方引導樣品氣體（或流體）流的樣品引入口。該引入口可被構造成接納樣品環(huán)境空氣 或可被構造成接納來自受試者的呼氣。在這樣的實施例中，空氣引入口可包括粒子過濾器 以移除可堵塞或以其他方式限制傳感器的功能和/或使用壽命的小顆粒物（PM10和/或 PM2. 5)。該入口還可以包括被構造成濃縮進氣以便提高傳感器靈敏度的濃縮器。濃縮器的 非限制性例子包括使用固相萃取纖維，所述纖維結合到揮發(fā)性有機化合物，所述化合物隨 后被釋放。也可以使用分子過濾器、填充色譜柱等。
[0051] 傳感器可包括殼體以容納傳感器的各種組件?？墒惯^濾器、濃縮器和納米管陣列 在殼體的內部空間中取向。殼體可容納氣體樣品，以使得樣品可以橫穿并與功能化納米管 反應。殼體還可以具有供氣體樣品從殼體中流出的出口。在一個方面，可將引入口和出口 設置在納米管陣列的相對側上以使得樣品氣體流過納米管陣列。在樣品為來自受試者的呼 出氣的實施例中，受試者可向引入口中呼氣。引入口可包括在大小和形狀上被構造成舒適 地配合到受試者口中以允許受試者向傳感器中呼氣的吹嘴。在一些實施例中，引入口還可 以包括單向閥以防止氣體通過引入口回流出來。吹嘴可任選地為一次性的或可更換的并被 構造成與引入口接合。出口還可以包括在受試者吹氣時允許空氣流過但在檢測期間防止空 氣從殼體逸出的閥。這樣，可防止呼出氣和其中的目標生物標志物在檢測過程中流出或擴 散出殼體。在其他實施例中，可使樣品氣體在整個納米管上再循環(huán)，以使得目標化合物將具 有額外的機會與金屬離子結合。
[0052] 本文所公開的傳感器可以再次使用或