Artificial nose of scalable plasmonic array gas sensor for Multi-Dimensional SERS recognition of volatile organic compounds

电子鼻 传感器阵列 等离子体子 硫化氢 拉曼光谱 材料科学 纳米技术 表面增强拉曼光谱 化学 计算机科学 光电子学 拉曼散射 有机化学 机器学习 光学 物理 硫黄
作者
Cheng Qu,Hao Fang,Fanfan Yu,Jinai Chen,Mengke Su,Honglin Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:482: 148773-148773 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148773
摘要

Gas sensing is one kind of promising analytical technique for high-flux screening and evaluation. Volatile organic compounds (VOCs) analysis by surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is arising but usually focuses on a single species of VOCs due to the limitations of complexity, stability, and accuracy in practical applications. Canine animals have a sensitive sense of smell due to their large number of olfactory cells. Inspired by this, here we innovatively integrate scalable plasmonic arrays and multi-dimensional chemometrics for simultaneous SERS detection of multiple food-borne VOCs. Both direct and indirect SERS strategies are integrated by coating the array surface with MOFs or different monolayers to provide multi-dimensional recognition and readouts. Four species of VOCs including bacterial metabolites, hydrogen sulfide, aldehyde, and biogenic amine were selectively captured and produced unique SERS spectral profiles. The multi-dimensional outputs greatly increase the dimensionality of VOC fingerprints, thereby significantly improving the sensitivity, reliability, and accuracy for freshness discrimination and forecasting in real food smell evaluation. By virtue of multi-dimensional SERS recognition and machine learning, the array gas sensor shows higher accuracy than traditional SERS analysis and is a promising platform for in situ, real-time, and high-flux gas sensing and inspection.
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