[发明专利]一种导电内核敏感层及分子筛除湿层的传感器及制备方法

说明书

一种导电内核敏感层及分子筛除湿层的呼气传感器及制备方法，属于材料制备和检测分析技术领域。本发明采用具有高导电性内核的核壳纳米纤维作为与低浓度呼气标志物相互作用的敏感层，通过高导电性内核的引入，放大壳层半导体氧化物电阻变化率，获得可以对ppb浓度量级丙酮气体的高灵敏度可靠检测。进一步，在此敏感层的基础上修饰硅疏水性分子筛过滤层，利用疏水性分子筛的疏水特性维持器件周围的局部干燥，降低高湿度环境对传感器件的干扰，保持纳米器件的小型化优势。实现对呼气中糖尿病生物标志物气体的高灵敏度、高抗湿性、低成本、无创性的实时检测。该类型传感器还可以进一步用于其它呼气标志物的监测。

技术领域

本发明属于材料制备和检测分析技术领域，具体涉及一种导电内核敏感层及分子筛除湿层的传感器及制备方法。

背景技术

对疾病进行快速、准确、简单且无创的检测对疾病的预防和检测具有重要的意义。研究表明，由于在人体不同部位病变细胞的生物化学过程中，会产生与之密切相关的多种挥发性有机化合物（VOCs），它们可通过血液循环由肺泡交换而呼出体外。例如，呼气中的丙酮气体是人体中葡萄糖的代谢产物，可以作为糖尿病诊断的特异性气体标志物，通常健康个体呼出气体中丙酮的含量是0.3~0.9 ppm，而糖尿病患者呼出气体中丙酮的含量则高于1.8 ppm。所以观察呼气中VOCs的浓度变化，为研究者提供了一个直观监测人体健康情况的生物窗口。另外，VOCs在呼气中的表达常常优先于临床症状的出现，对疾病的快速诊断也非常有利。目前应用于呼气中VOCs标志物的检测方法大致可分为谱线测定法和传感检测器件。谱线测定法虽使用广泛也可满足无创的要求，但因体积大、价格昂贵、存放环境和技术水平要求高、需要对待测气体预富集等缺点限制了其推广使用。鉴于传统针对呼气标志物检测方法存在的多种缺陷，设计一种性能优良、低成本、快速、无创的体外检测疾病装置显得迫在眉睫。传感检测器件的出现为呼出气体检测便携实用化打开了一个新领域，尤其是电阻式半导体氧化物（SMO）气敏传感器因具有对低浓度VOCs灵敏度高、操作方便、体积小等特点，成为被热门研究的一类呼出气体传感器件。

传感检测器件中，在基于半导体氧化物的气敏传感器件具有高灵敏度、快速的动态响应时间、操作简单及价格便宜等特点，在空气污染、个人健康及安全生产等方面具有非常高的研究和应用价值。其中，在非侵入式快速诊断疾病方面，利用半导体氧化物传感器件检测呼气中微量标志物也受到了大家的广泛关注。但是目前，在实际检测中仍然有许多瓶颈问题需要解决。首先，呼气中的气体标志物都处于ppb量级，而半导体氧化物气敏传感器对于这一浓度量级气体检测的有效性和可靠性有待于提高。另外，人体呼气环境具有极高的湿气成分，这对半导体氧化物传感器件检测的准确性有很大的干扰。尽管目前在一些工作中采取外接除湿气路的方式去除呼气中的湿气成分，但是这样的连接方式无疑使半导体氧化物传感器件丧失了小型化的优势，不利于后期器件的集成。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，而提供一种具有高导电性内核的核壳纳米纤维作为与低浓度呼气标志物相互作用的敏感层，通过高导电性内核的引入，放大壳层半导体氧化物电阻变化率，获得可以对ppb浓度量级丙酮气体的高灵敏度可靠检测。进一步，在此敏感层的基础上修饰硅疏水性分子筛过滤层，利用疏水性分子筛的疏水特性维持器件周围的局部干燥，降低高湿度环境对传感器件的干扰，保持纳米器件的小型化优势。实现对呼气中生物标志物气体的高灵敏度、高抗湿性、低成本、无创性的实时检测。

一种导电内核敏感层及分子筛除湿层的传感器，从上至下依次包括具有分子筛湿气过滤层、高导电性内核纳米纤维的敏感层、电极、基底及加热丝；其中，所述的敏感层厚度为100nm-1μm，分子筛湿气过滤层厚度为1μm-10μm，所述的电极为金电极、铜电极或铂电极，基底的材质为陶瓷，加热丝的材质为镍铬合金；所述分子筛湿气过滤层的材质为SBA-15或MCM-41，所述高导电性内核纳米纤维的敏感层的内核为铂、金或钯，外壳为半导体氧化物。

一种导电内核敏感层及分子筛除湿层的传感器的制备方法：

（1）具有高导电性内核的核壳纳米纤维的制备：