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。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相應(yīng)感官的靈敏度、得到氣味的整體信息與人類感官之間差距較大等缺點，有些傳感器還存在工作溫度高、反應(yīng)時間長、設(shè)備體積大、溫濕度干擾嚴(yán)重等缺點。而生物型主要存在容易失活、失性，穩(wěn)定性低等缺點。另外，由于其研究門檻相對較高，生物材料生產(chǎn)費用高且不容易與基底材料結(jié)合，導(dǎo)致此類裝置大多仍處于實驗研究階段。

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報道。

技術(shù)實現(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部分。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)色素研制。首先通過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)過程中軌道能級差、電荷分布變化等信息，從理論上設(shè)計特異性和穩(wěn)定性好的色素。并通過化學(xué)合成等方法制備相關(guān)色素，同時通過紫外-可見光譜反應(yīng)與動力參數(shù)計算相結(jié)合的方式對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別性能。

(2)色素囊泡研制。通過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納米到幾百個納米，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，此類傳感器為有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，穩(wěn)定性高。因此本發(fā)明用囊泡來模擬人嗅覺受體細(xì)胞研制新型仿生氣體傳感器。

附圖說明

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；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

首先通過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)過程中軌道能級差、電荷分布變化等信息，從理論上設(shè)計特異性和穩(wěn)定性好的色素。并通過化學(xué)合成等方法制備相關(guān)色素。最后通過紫外-可見光譜反應(yīng)與動力參數(shù)計算相結(jié)合的方式對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別性能。

其次通過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納米到幾百個納米，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。

卟啉類色素納米囊泡傳感器實例：

卟啉類色素是一組比較特殊的色素化合物，以原卟啉為模板，以三甲胺為檢測對象，本發(fā)明的實施實例如下。

通過改變原卟啉中心離子和外圍碳鏈，計算其與三甲胺接觸時的結(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)過程中軌道能級差、電荷分布變化等信息，鋅卟啉的變化最大，并通過化學(xué)合成制備鋅卟啉，同時通過紫外-可見光譜反應(yīng)與動力參數(shù)計算相結(jié)合的方式確定鋅卟啉有很好的三甲胺分子識別能力。

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)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，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)過程中軌道能級差、電荷分布變化信息，從理論上設(shè)計特異性和穩(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，此類傳感器為有機(jī)?無機(jī)復(fù)合體，穩(wěn)定性高。因此本發(fā)明用囊泡來模擬人嗅覺受體細(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