[发明专利]一种气体的检测方法及其专用传感器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体的检测方法及其专用传感器阵列，属于光谱分析领域。

背景技术

癌症检测一直是生物临床检测中的一个重要课题。目前的检测方法很多，但具有一定的局限性，如B超虽然经济安全，但适应范围较小；虽然CT、核磁共振成像可以明确发现病灶位点，但检查费用昂贵，并且会有不同程度的组织放射性损伤。此外，活检也是一个常用的检测方法，借助CT或B超的结果进行切除活检或者穿刺活检，取样后，通过样品预处理，再进入电泳分离、色谱-质谱联用检测，最后通过比对得到结果。该类方法的准确性仍然受取样、样品处理、仪器检测的影响，并且操作复杂费时、成本高，尤其在大人群的初筛检测中，更是极大受限。因而，人们一直在努力寻找更为简单的无创、快速初筛技术，尤其能够在癌症的早期诊断中起着非常重要的作用的技术。最近，研究发现癌症病人的呼吸气有一定的特征性，相比于健康人，癌症病人呼吸气中含有更大含量的苯系物及其他一些气态烷烃。基于此，有人利用狗鼻子的高灵敏度嗅觉，训练出能嗅出癌症的狗，引起了人们的广泛关注。这就给人们以启发，能否构建人工模拟的电子鼻嗅出癌症。

传感器阵列是一种动物嗅觉器官的模拟系统，根据多个传感单元对样品响应的特征图谱进行识别分析，为高效率、大信息地获取分子信息，进行物质识别和检测提供了有效手段。基于光成像原理的传感器阵列在高通量检测和快速识别中具有很大优势，最典型的是基于荧光和显色原理的检测系统。然而这些传感器阵列所依据的反应均为不可逆的，响应只能是一次性的，因而传感器阵列使用寿命较短，不利于应用和发展。基于纳米材料表面化学发光的传感器阵列近年来发展迅速，利用样品分子在纳米材料阵列表面催化反应产生的化学发光信号而进行响应，根据所获得的阵列信号组成特征图谱，而实现物质快速识别。该方法具有构造简单、稳定性强、传感单元寿命长和传感单元材料数目巨大的优点。然而，目前该类传感器阵列催化温度较高(即使利用性能较好的贵金属催化剂，温度也要大于150℃)，不能避免热背景的干扰，也不利于仪器小型化的发展。对于某些催化氧化活性低的物质，其催化发光响应较弱，尤其对于癌症病人呼吸气中的烃类化合物响应更是差；此外，由于呼吸气中某些烃类物质含量很低，对物质检测灵敏度也需要进一步提高。因而，若将该类传感器阵列用于嗅觉癌症，要求我们寻找新思路以改进其识别性能。

低温等离子体是继固态、液态和气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体分子被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。这些粒子通过能量转移过程，具有较高的活化性能。因而，有人将低温等立体技术引入到催化领域，构成了等离子体辅助催化(Plasma Assisted Catalysis)。PCA是一种低温放电等离子体对催化反应的协同技术，借助低温等离子体中的活性物质提高催化剂的活性或降低反应活化能，使催化反应温度大大降低，转化率和反应速率大大提高，使一些只有在苛刻条件下才可以发生催化反应的物质在常压低温下就可以发生反应，并同时大大提高了反应的灵敏度，如可以用于大气中挥发性有机物如苯、氮氧化物、一氧化碳和二氯甲烷等的催化降解。因而，若将该技术引入到纳米材料表面化学发光传感器阵列的构建中，必将对改善传感器阵列的识别性能，即降低反应温度、提高检测灵敏度、提高催化反应活性低的物质的检测能力等方面具有非常现实的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体的检测方法及其专用传感器阵列，该方法将低温等离子体的辅助作用和纳米材料表面催化发光结合起来用于气体样品的检测，低温等离子体的辅助作用可使催化反应的温度大大降低，提高了检测的灵敏度；该专用传感器阵列具有构造简单、传感单元材料成本低易合成、响应速度快、放电稳定、易操作和耗能低等特点。因而，可以将该装置用于呼吸气体的检测，根据呼吸气成分的差别实现癌症等疾病的快速诊断和早期发现。

本发明提供的气体传感器阵列，它包括等离子体发生器和传感器阵列芯片；

所述等离子体发生器的一端连通有一三通管，所述三通管中剩余的两通分别作为样品气体入口和载气入口，所述等离子发生器的另一端通过气体管路将气体通至所述传感器阵列芯片的表面；

所述传感器阵列芯片由一可控温度的惰性芯片和设于其表面的若干个传感单元构成，每个传感单元上负载有不同的纳米催化材料。