[發明專利]氣體傳感器納米復合物膜

在審

• 申請號: 201580046987.3
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN106796195A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: K·卡蘭塔爾-扎德;K·比瑞安;N·哈;J·Z·歐
• 申請（專利權）人: 墨爾本皇家理工大學;肉類畜牧澳大利亞有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;B01D53/22
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所11313
• 代理人: 韋燕鳳,張臻賢

本發明涉及用于氣體傳感器以增強氣體傳感器在選擇性、響應時間和耐用性方面的性能的納米復合物膜。這些膜特別適用于可攝取傳感器膠囊，其用于監控哺乳動物(包括人類)的胃腸道(GI)中產生的氣體。

發明背景

雖然目前存在可用的診斷工具諸如膠囊內窺鏡和呼吸分析器，但是沒有裝置能用于分析胃腸道中的氣體組成。有許多報道是關于這些氣體組成很可能與不同疾病相關聯。然而，由于缺乏任何適合的工具而且不方便對患者進行這些測量，此領域的潛能還未得到完全認識。

美國專利8469857公開了一種通過分析呼吸分析中的氣體來診斷GI病狀的方法。

專利申請WO2013/003892公開了一種具有氣體傳感器的膠囊和一種用于反芻動物的氣體可滲透膜。

美國專利申請2009/0318783公開了一種使用含有傳感器的可攝取膠囊分析來自GI道的數據并提供關于針對時間作圖的測量值的數據的計算機化方法。

美國專利申請2013/0289368公開了一種具有幫助診斷GI道疾病的氣體檢測器的可攝取膠囊。

使用現有技術中所述的裝置的一個難題為使用沒有任何修飾的膜。即使大部分非選擇性且氣體可滲透性膜諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有長響應時間。此響應時間有時達到數分鐘的數10s。對于少數動力學場景諸如將膠囊置于牛瘤胃內[專利申請WO2013/003892]，這可能是足夠的。然而，對于胃腸(GI)道，尤其是人類和具有類似消化系統的其他哺乳動物中的胃腸道中的氣體組成的測量值，此類響應時間是不足的。

關于現有技術裝置的另一個難題為純膜的選擇性缺乏。例如，純PDMS膜允許所有氣體種類滲透通過。當使用高選擇性傳感器時，這可為可接受的。然而，大部分可用氣體傳感器為非選擇性的。例如，目前氫氣(H₂)傳感器也對其他氣體種類諸如甲烷(CH₄)敏感。這種特異性缺乏嚴重影響測量值的準確性。純膜的非選擇性的另一個問題為高酸性氣體種類(諸如消化系統中的那些氣體，包括硫化氫(H₂S)和氮氧化物類(NO_x))滲透和傳感器主體暴露于所述氣體的可能性。這顯著減小了傳感器的使用時間。例如，大部分商用H₂氣體傳感器在暴露于100ppm H₂S氣體下僅在24小時后就不能運行。

另一個挑戰為外源微生物的定殖，諸如消化系統的微生物定殖到膜表面上。純膜諸如PDMS顯示輕微的抗微生物作用。然而，這不足以使胃腸道的微生物的定殖停止相對長的時間。例如，用于測量GI道的氣體種類的膠囊操作需要超過一天多至幾周。

本發明的目標為提供增強氣體傳感器性能的納米復合物膜。

本發明的目標為減輕使用傳感器膠囊的現有技術問題并且提供用于消化系統的更有效且更響應性膠囊。

發明簡述

為此，本發明提供一種用于氣體傳感器的氣體滲透性、液體不可滲透性膜，其中所述膜由成膜聚合物組成，所述成膜聚合物并入選擇用以提高以下一者或多者的一種或多種納米顆粒：

對氣體的滲透性，

選擇性阻礙或排除一些氣體的滲透同時促進所選氣體穿過所述膜，

抑制所述膜上的微生物生長。

這些膜可用于其中氣體傳感器的響應時間和敏感性需要提高的任何應用。本發明的膜被開發來解決這些問題，包括在感測哺乳動物消化系統和胃腸系統內的氣體時碰到的那些問題。

本發明的膜的獨特特性為若干種關鍵性功能，其使氣體傳感器的性能增強到在傳感器使用壽命期間準確氣體組成測量所需要的水平。納米復合物膜允許所希望的氣體種類高選擇性傳到氣體傳感器陣列，阻斷不需要的干擾氣體種類，并且停止不希望的微生物在膜表面上的定殖。

所述膜優選地選自作為玻璃樣或橡膠樣聚合物的氣體滲透性液體不可滲透性聚合物材料。一直用于工業應用的玻璃樣聚合物的實例包括：聚亞酰胺、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚砜類、乙酸纖維素、聚(苯醚)、聚乙炔類以及聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔](PTMSP)。相比之下，具有工業相關性的橡膠樣聚合物種類較少，其中聚(二甲基硅氧烷)式最突出的。

用于本發明的膜為具有并入的納米材料的聚合納米復合物膜，其具有若干種可能的功能。

1.它們能夠充當嵌入到聚合物基質中的反應器。這些納米反應器可逆地或不可逆地與表面上的材料相互作用，在膜主體內滲透和/或穿過所述膜主體以將它們轉化成其他材料。