本發(fā)明涉及一種氣體傳感器的發(fā)明，特指一種色素納米囊泡仿生氣體傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，氣體傳感器分為傳統(tǒng)型和生物型兩類(lèi)。傳統(tǒng)型的氣體傳感器主要有金屬氧化物型半導(dǎo)體傳感器、有機(jī)導(dǎo)電聚合物傳感器、質(zhì)量傳感器(包括石英晶體諧振傳感器和聲表面波傳感器)、場(chǎng)效應(yīng)管傳感器、紅外線光電傳感器和金屬柵mos氣體傳感器等。生物型氣體傳感器主要是將細(xì)胞、蛋白、生物肽等固定在納米導(dǎo)電基底(如石墨烯、碳納米管、石英晶振片等)上來(lái)獲得。

傳統(tǒng)型氣體傳感器大都是基于物理吸附等分子間弱作用力，存在靈敏度一般低于人類(lèi)相應(yīng)感官的靈敏度、得到氣味的整體信息與人類(lèi)感官之間差距較大等缺點(diǎn)，有些傳感器還存在工作溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備體積大、溫濕度干擾嚴(yán)重等缺點(diǎn)。而生物型主要存在容易失活、失性，穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)。另外，由于其研究門(mén)檻相對(duì)較高，生物材料生產(chǎn)費(fèi)用高且不容易與基底材料結(jié)合，導(dǎo)致此類(lèi)裝置大多仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

囊泡是由兩親性分子自組裝形成的一種超分子聚集體，其結(jié)構(gòu)為密閉雙分子層包裹形成的球形單腔室或多腔室結(jié)構(gòu)，已在藥物載體和靶向施藥方面取得成功。但在氣體傳感器研制方面未見(jiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的色素納米囊泡仿生氣體傳感器包括色素研制、色素囊泡研制及傳感器研制三個(gè)部分。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)色素研制。首先通過(guò)氣味分子與色素反應(yīng)的結(jié)合能、偶極矩、中心金屬離子偏離色素分子平面的距離變化情況，以及反應(yīng)過(guò)程中軌道能級(jí)差、電荷分布變化等信息，從理論上設(shè)計(jì)特異性和穩(wěn)定性好的色素。并通過(guò)化學(xué)合成等方法制備相關(guān)色素，同時(shí)通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜反應(yīng)與動(dòng)力參數(shù)計(jì)算相結(jié)合的方式對(duì)色素與氣味分子反應(yīng)進(jìn)行表征，確定所得的色素具有很好的分子識(shí)別性能。

(2)色素囊泡研制。通過(guò)色素與磷脂自組裝成納米囊泡脂質(zhì)體，該納米囊泡直徑為幾個(gè)納米到幾百個(gè)納米，色素結(jié)合在囊泡的表面，具有極高的色素密度(＞80000每顆粒)。

(3)傳感器研制。利用碳納米管作為介質(zhì)將色素納米囊泡固定在金叉指電極上制成傳感器。

本發(fā)明的有益效果是：

囊泡特有的雙層膜包裹親水核的結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞的結(jié)構(gòu)十分類(lèi)似，使得其在模擬生物細(xì)胞方面發(fā)揮了較為重要的作用。與傳統(tǒng)型傳感器相比，納米囊泡仿生程度高；與細(xì)胞、蛋白等生物傳感器相比，此類(lèi)傳感器為有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，穩(wěn)定性高。因此本發(fā)明用囊泡來(lái)模擬人嗅覺(jué)受體細(xì)胞研制新型仿生氣體傳感器。

附圖說(shuō)明

圖1：色素納米囊泡的結(jié)構(gòu)圖；

圖2：傳感器研制示意圖；

圖3：傳感器與三甲胺反應(yīng)情況示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

首先通過(guò)氣味分子與色素反應(yīng)的結(jié)合能、偶極矩、中心金屬離子偏離色素分子平面的距離變化情況，以及反應(yīng)過(guò)程中軌道能級(jí)差、電荷分布變化等信息，從理論上設(shè)計(jì)特異性和穩(wěn)定性好的色素。并通過(guò)化學(xué)合成等方法制備相關(guān)色素。最后通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜反應(yīng)與動(dòng)力參數(shù)計(jì)算相結(jié)合的方式對(duì)色素與氣味分子反應(yīng)進(jìn)行表征，確定所得的色素具有很好的分子識(shí)別性能。

其次通過(guò)色素與磷脂自組裝成納米囊泡脂質(zhì)體，該納米囊泡直徑為幾個(gè)納米到幾百個(gè)納米，色素結(jié)合在囊泡的表面，具有極高的色素密度(＞80000每顆粒)。

利用碳納米管作為介質(zhì)將色素納米囊泡固定在金叉指電極上制成傳感器。

卟啉類(lèi)色素納米囊泡傳感器實(shí)例：

卟啉類(lèi)色素是一組比較特殊的色素化合物，以原卟啉為模板，以三甲胺為檢測(cè)對(duì)象，本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例如下。

通過(guò)改變?cè)策行碾x子和外圍碳鏈，計(jì)算其與三甲胺接觸時(shí)的結(jié)合能、偶極矩、中心金屬離子偏離色素分子平面的距離變化情況，以及反應(yīng)過(guò)程中軌道能級(jí)差、電荷分布變化等信息，鋅卟啉的變化最大，并通過(guò)化學(xué)合成制備鋅卟啉，同時(shí)通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜反應(yīng)與動(dòng)力參數(shù)計(jì)算相結(jié)合的方式確定鋅卟啉有很好的三甲胺分子識(shí)別能力。

然后讓鋅卟啉，與磷脂自組裝成鋅卟啉納米囊泡脂質(zhì)體如圖1所示。經(jīng)電鏡表征，該囊泡直徑為100納米左右。

最后用碳納米管作為介質(zhì)將卟啉色素納米囊泡固定在金叉指電極上制成傳感器如圖2所示。

研制的傳感器與三甲胺反應(yīng)曲線如圖3所示，該傳感器具有很好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種色素納米囊泡仿生氣體傳感器的制備方法，包括：步驟1：色素研制的步驟：首先通過(guò)氣味分子與色素反應(yīng)的結(jié)合能、偶極矩、中心金屬離子偏離色素分子平面的距離變化情況，以及反應(yīng)過(guò)程中軌道能級(jí)差、電荷分布變化信息，從理論上設(shè)計(jì)特異性和穩(wěn)定性好的色素；步驟2：色素囊泡研制的步驟：通過(guò)色素與磷脂自組裝成納米囊泡脂質(zhì)體；步驟3：傳感器研制的步驟：利用碳納米管作為介質(zhì)將色素納米囊泡固定在金叉指電極上，從而制成傳感器。與傳統(tǒng)型傳感器相比，納米囊泡仿生程度高；與細(xì)胞、蛋白等生物傳感器相比，此類(lèi)傳感器為有機(jī)?無(wú)機(jī)復(fù)合體，穩(wěn)定性高。因此本發(fā)明用囊泡來(lái)模擬人嗅覺(jué)受體細(xì)胞研制新型仿生氣體傳感器。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒小波;張文;石吉勇;黃曉瑋;李志華;胡雪桃;徐藝偉;翟曉東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.29
技術(shù)公布日：2017.10.03