[發明專利]一種基于殼聚糖和聚吡咯的濕敏薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110178309.X
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112924316B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張冬至;李停停;柳曉華;王東岳;王興偉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00;A61B5/08
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 張燕燕

本發明涉及濕敏材料技術領域，特別涉及一種基于殼聚糖和聚吡咯的濕敏薄膜及其制備方法和應用。所述濕敏薄膜是基于殼聚糖(CS)和聚吡咯(PPy)的復合濕敏薄膜，所述CS/PPy復合濕敏薄膜為多孔隙、高比表面積、層疊交錯的不完全包覆結構。制備的CS/PPy?QCM濕度傳感器。所獲得的傳感器具有靈敏度高(52.91Hz/％RH)、低濕滯(1.68％RH)、響應/恢復時間短(4s/2s)、選擇性好、重復性和穩定性好等優點。本發明構建了人體呼吸檢測系統。該系統通過由濕度傳感器構建的呼吸面罩感應呼吸濕度信號，通過QCM測試儀進行信號采集，通過具有人機交互界面的App，按照要求提取呼吸信號的特征參數，判斷呼吸類型，計算呼吸頻率并生成相應的呼吸類型檢測報告，顯示出潛在的呼吸監測價值。

技術領域

本發明涉及濕敏材料技術領域，特別涉及一種基于殼聚糖和聚吡咯的濕敏薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

濕度作為一個衡量空氣干濕程度的重要物理參數，與人類的生產和生活密切相關。一方面，濕度對工農生產、食品行業、藥品儲存、生物醫學有重要意義。過高的濕度會導致電器設備的耐久性和安全性下降，還會加速細菌滋生和食品霉變；濕度過低會帶來靜電干擾，還會導致農作物減產。另一方面，環境濕度對人體健康也有重要影響。有研究表明，當環境濕度過低時，極易引發哮喘、支氣管炎等呼吸道疾?。划敪h境濕度過高時，易引發類風濕關節炎。因此，濕度檢測的需求廣泛，快速、精準的濕度傳感器的研究具有重要意義。

成年人在安靜狀態下正常呼吸頻率為12-20Hz/min，每次呼吸的周期為3-5s。異常呼吸可分為呼吸頻率異常和呼吸節律異常，呼吸頻率異常包括呼吸過速(呼吸頻率24Hz/min)和呼吸過緩(呼吸頻率10Hz/min)呼吸節律異常包括潮式呼吸和比奧呼吸。目前，有多種方法可以呼吸檢測，根據傳感器的工作原理和所檢測物理量的差異，可分為壓力法、溫度法、流量法、阻抗法和濕度法。濕度法是當前國外最新興起的一種檢測手段，利用濕度傳感器檢測呼吸信號。濕度法利用人體鼻孔呼出、吸入氣體前后的濕度變化來進行呼吸檢測，具有成本低、干擾小、非接觸、靈敏度高、響應快和舒適度高等特點。呼吸檢測要求傳感器能快速感測到濕度信號，迅速做出響應、恢復。

近年來，許多材料被用于檢測呼吸濕度，如碳材料、金屬氧化物、硫化物、聚合物等。親水性聚合物具有良好的成膜性和豐富的活性位點，在濕敏檢測方面有極大的應用前景。但在較高相對濕度下，聚合物會產生溶脹，降低QCM傳感器的穩定性。通過改性和改變制備方法來改變和提升聚合物的濕敏性能，以聚合物為敏感材料的濕度傳感器是國內外濕度檢測的重要研究方向之一。利用濕度法進行呼吸檢測，要求傳感器對呼吸濕度信號具有迅速、準確、穩定地捕捉能力。

目前亟需一種成本低、靈敏度高、穩定性好、響應和恢復迅速的濕度傳感器。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供了基于殼聚糖和聚吡咯的濕敏薄膜及其制備方法和應用，以解決背景技術中存在的問題。

本發明為實現上述目的采用的技術方案是：一種基于殼聚糖和聚吡咯的濕敏薄膜，所述濕敏薄膜是基于殼聚糖(CS)和聚吡咯(PPy)的復合濕敏薄膜，所述CS/PPy復合濕敏薄膜為多孔隙、高比表面積、層疊交錯的不完全包覆結構。

進一步的，所述CS/PPy復合濕敏薄膜的厚度為50～70nm，水接觸角為21.07°。

本發明包括一種制備基于殼聚糖和聚吡咯的濕敏薄膜的方法，包括如下步驟：

(1)向乙酸溶液中加入殼聚糖粉末，邊加邊攪拌，并磁力攪拌10h，通過靜置脫泡，獲得淡黃色透明殼聚糖溶液；

(2)向去離子水中加入吡咯和硫酸銨，連續攪拌4h，然后過濾，用去離子水離心洗滌數次，得到黑色沉淀物質；

(3)將步驟(2)所得的黑色沉淀干燥處理，研磨成細膩的黑色聚吡咯粉末；