[發明專利]石墨烯材料電阻式氣體傳感陣列的制備方法及其應用方法

有效

• 申請號: 201910930862.7
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110632128B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 鄔建敏;陳巧芬
• 申請（專利權）人: 杭州匯健科技有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 姚宇吉

本發明公開了一種石墨烯材料電阻式氣體傳感陣列的制備方法及其應用方法，制備方法包含：將金屬鹽溶液加入氧化石墨烯溶液，調節混合溶液的pH后進行超聲分散，將混合溶液在震蕩儀上孵育4?12h后用去離子水洗滌后再用去離子水分散得到金屬離子誘導的氧化石墨烯自組裝懸濁液，改變配置條件配置多份；將多份氧化石墨烯自組裝懸濁液分別加到多位點叉形電極陣列的叉指上自然干燥后置于還原性蒸氣中在60?120℃還原3?30min。提供的石墨烯材料電阻式氣體傳感陣列的制備方法實現了石墨烯材料在基底上的均勻裝載，提供的電阻式氣體傳感陣列對單一氣體、復雜氣體具有識別能力，可用于疾病的初步診斷、個人健康監測及食品和公共安全監測。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯材料電阻式氣體傳感陣列的制備方法及其應用方法。

背景技術

人體呼出氣被視為血液頂空氣，可以反映個人整體性生理狀況。對呼出氣體的檢測是一種完全非侵入式、且樣本來源不受限的診斷方式，是傳統生化檢測(血檢、尿檢、切片、成像等)的潛在補充手段，可用于疾病初篩和個人健康管理等領域。早在1999年，Phillips等人就已經報道人體呼出氣體中存在3000多種揮發性有機化合物，而這一數目仍在不斷上漲中。在眾多研究中，丙酮和異戊二烯是最普遍存在的兩種內源性揮發性有機化合物。其中丙酮與葡萄糖代謝和脂類分解相關，異戊二烯的濃度則與膽固醇的生物合成相關。此外，呼出氣體中的無機化合物也存在一些潛在生物標志物與人體代謝相關。比如氨氣和硫化氫的濃度與體內含氮/硫化合物的代謝相關。然而，大多數疾病患者的呼出氣體中并沒有特定的生物標志物，但其呼出氣的整體成分在分子水平上與健康個體之前存在較大差異，包括特定氣體分子的種類、濃度和相對豐度。從這一角度而言，可以采用模式識別的方式對呼出氣體進行分析從而來進行疾病的區分。以目前癌癥致死率最高的肺癌為例，2012年Hossam Haick課題組對肺癌患者呼出氣中的有機揮發物組成及其生化通路進行了綜述，指出健康個體與病患的呼出氣體中四類內源性有機揮發物存在差異，包括烴類(烷烴/支鏈烷烴/支鏈烯烴)、一級/二級醇、醛類/支鏈醛、酮類。

呼出氣體中內源性有機、無機揮發性化合物的濃度在ppm(10^-6)、ppb(10^-9)甚至更低的水平，目前其分析方法可分為兩大類。一種是基于大型設備的檢測分析，如氣質聯用(GC-MS)、質子轉移反應質譜(PTR-MS)、選擇性離子流質譜(SIFT-MS)等。另一種是基于小型化設備的檢測分析，如微型氣相色譜、比色傳感、電子鼻系統等。采用電子鼻系統開發便攜、高經濟效益的無創診斷平臺用于呼吸道及全身性疾病的診斷是一項最有發展前景的體外診斷技術。電子鼻系統的核心元件是傳感芯片。在眾多電學型氣體傳感器中，電阻型氣體傳感器最有望應用于實際檢測。然而已報導的高靈敏的電阻型氣體傳感器基本是基于半導體金屬氧化物的高溫傳感器。這阻礙了它們在便攜式消費電子產品中的應用。納米材料具有顯著的表面效應，其光電性質對表面吸附物質具有高度的敏感性，是低濃度氣體的理想檢測材料。石墨烯材料除具有納米材料的特征，還具有電子傳輸能力強，能帶可調，比表面積大及柔韌性高等特點，在氣體傳感上具有較大優勢。除了對氣體的高靈敏響應，在對于復雜氣體的識別中還需要傳感芯片對氣體具有良好的選擇性。單一傳感元件往往不能滿足這一需求。一個行之有效的策略是采用多種高靈敏的氣敏材料、構建傳感陣列實現交互式的響應，通過模式識別的方式來對不能組分的復雜氣體進行識別、區分。

發明內容

本發明提供了一種石墨烯材料電阻式氣體傳感陣列的制備方法及其應用方法，采用如下的技術方案：

一種石墨烯材料電阻式氣體傳感陣列的制備方法，包含以下步驟：

步驟一，將金屬鹽溶液加入氧化石墨烯溶液，調節混合溶液的pH值后進行超聲分散，將混合溶液在震蕩儀上孵育4-12h后用去離子水洗滌至中性，再用去離子水分散得到金屬離子誘導的氧化石墨烯自組裝懸濁液，改變所述金屬鹽溶液和所述氧化石墨烯溶液的比例或改變金屬鹽溶液的種類并重復以上過程配置多份所述氧化石墨烯自組裝懸濁液，所述氧化石墨烯自組裝懸濁液的份數與多位點叉形電極陣列的位點的個數相同；