[發明專利]基于納米顆粒組件的選擇性化學傳感器

無效

• 申請號: 01145459.8
• 申請日: 2001-12-12
• 公開（公告）號: CN1359002A
• 公開（公告）日: 2002-07-17
• 發明（設計）人: T·沃斯梅耶;I·貝斯納德;J·維塞爾斯;W·E·福特;安田章夫
• 申請（專利權）人: 索尼國際(歐洲)股份有限公司
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;G01N27/22;G01N21/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉元金,姜建成

發明領域

本發明涉及一種包含一層納米顆粒膜的化學傳感器，所述化學傳感器的形成方法和使用所述化學傳感器檢測分析物的方法。

技術背景

出于對環境中污染物的嚴重憂慮，需要改進監控和/或分析以檢測某種化學物的方法。盡管分析技術能檢測低至十億分之幾或更低水平的許多物質，但所述分析技術通常需要在野外收集樣本、將樣本帶回實驗室和通過例如氣相色譜或質譜分析樣本。所述分析需要復雜的設備，通常需要幾天才能獲得最終的結果。因此，目前的分析技術不能提供關于污染物或雜質當時是否存在的任何信息。為克服所述分析技術的局限性，人們對能給出更快速的回饋信息的化學傳感器已進行了研究。此外，當時監控分析物的應用是質量控制，例如在食物生產或在醫療保健中的質量控制的需要。

最近，已研制出一種基于導電納米粒徑顆粒的新型傳感器，所述每個顆粒均涂覆了一種有機物。因此導電納米顆粒是通過一薄層絕緣物質分隔開的。所述納米顆粒膜的電阻可由于化學物的存在而改變。因此通過將所述納米顆粒膜沉積到一對接觸電極上，可將該膜用作化學電阻。

M.C.lonergan等在Chem.Mater.，1996，8，2298-2312中描述了化學傳感的碳黑聚合物電阻。碳黑—有機聚合物復合物暴露在蒸氣中會發生可逆性膨脹。為獲得傳感器，沉積的碳黑-有機聚合物復合物的薄膜中穿過兩條金屬引線。吸附蒸氣使膜膨脹導致膜電阻的變化并標志出分析物的存在。為鑒別和分類蒸氣，將所述蒸氣傳感元件排成陣列，每個元件含同樣的碳黑導電相，但含不同的有機聚合物作為絕緣相。傳感器陣列的不同聚合物的不同的氣-固分配系數產生電阻變化的模式，可用于分類蒸氣和蒸氣混合物。此類傳感器陣列可分辨常規的有機溶劑，包括不同類的分子，如從醇中分辨出芳香烴，以及特殊類內的分子，如從甲苯中分辨出苯和從乙醇中分辨出甲醇(請參閱B.J.Doleman等，Anal.Chem.1998，70，4177-4190)。

G.A.Sotzing等在Chem.?Mater.，2000，12，593-595中描述了一種聚苯胺-碳黑化學電阻式探測器，可用于高靈敏度檢測和識別生物胺。導電性聚苯胺被用作碳黑聚苯胺復合物的聚合相。有氣味的物質被吸附入該復合物的聚合相中產生探測器的直流電阻響應的特異性增加。探測器對丁胺的響應比對水、丙酮、甲醇、乙酸乙酯和丁醇的響應高出約6個數量級。

S.D.Evans等在J.Mater.Chem.，2000，10，183-188中使用對位取代的硫代苯酚衍生物穩定金的納米顆粒。取代基的性質對于控制顆粒-顆粒和顆粒-溶劑間相互作用的相對強度很重要并因此對確定這些系統的物理和化學性能很重要。顆粒的薄膜是通過溶劑在微電極圖案表面上的蒸發而形成。膜顯示出電阻行為并且室溫導電率在10^-6和10^-2Ω^-1cm^-1之間變化。當暴露到各種化合物時，薄膜顯示導電率改變。對極性溶劑的反應顯示出良好的再現性，而對非極性有機分析物的反應的重現性較差，并且顯示出多種隨時間變化的行為。由于ω-官能團的性質，對蒸氣相的分析物顯示出不同的電導儀和橢圓儀的響應。金納米顆粒未通過連接分子相互連接。

高精密度的納米顆粒膜的制備方法描述于WO96/07487中。該膜含通過雙官能連接分子鏈接的金納米顆粒。為裝配該薄膜，首先用雙官能連接分子處理基片，以便該連接分子的第一反應基與基片反應，使其連接到其上。當使用例如玻璃基片時，可使用巰基烷基硅烷作為連接分子?；谋砻骐S后被硫醇基覆蓋。接著將基片浸入金納米顆粒的溶液中，金納米顆粒會結合到基片表面上的硫醇基。基片的表面隨后被一層金納米顆粒覆蓋。然后將基片浸入烷基二硫醇的溶液中，烷基二硫酚用作雙官能的連接分子并以其一個硫醇基結合到金顆粒的表面。通過重復浸入金納米顆粒的溶液和浸入雙官能連接分子的溶液的步驟，通過成分間的自組可形成薄膜。連接分子包含一個烴骨架，該骨架可以是一個線性或分枝的脂族鏈，可含有重鍵或其他基團以改變連接分子的電子特性。在實驗中使用1，9-壬烷二硫醇作為連接分子。建議使用這些薄膜作為傳感器用于例如檢測氧化劑如氯氣或臭氧。