[发明专利]一种超灵敏塑胶炸弹侦测传感器

说明书

本发明涉及一种检测塑胶炸弹主要成分黑索金RDX分子的超灵敏侦测传感器。该传感器由三级滤膜芯片和RDX分子信号检测芯片组成。三级滤膜芯片上分别加工有直径为1000nm，100nm和10nm的阵列纳米孔，对待测气体中的杂质和干扰分子实现逐级过滤。RDX分子信号检测芯片上则加工有直径为1nm的阵列纳米孔，该纳米孔尺寸与RDX分子相当，仅可以使得RDX分子以及比RDX分子小的分子通过，此外在各个纳米孔上都还加工有纳米金电极，该电极与外接电源和电流表相连，由于空气中的其他分子比纳米孔小很多，不会产生隧穿效应，然而由于RDX分子与纳米电极间隙相当，基于隧穿效应该电极可以用于检测RDX分子过孔时的隧穿电流特征信号，从而实现超灵敏爆炸物的侦测识别。

技术领域

本发明涉及一种塑胶炸弹爆炸物RDX分子超高灵敏度检测技术, 一种超灵敏塑胶炸弹侦测传感器

背景技术

黑索金（RDX）是塑胶炸药最常见的成分之一，与TNT和季戊四醇四硝酸酯（PETN）等低挥发性炸药在世界范围内构成重大安全风险和安全隐患。检测微量的这些化合物，理想情况下是从气相分子入手检测，高灵敏气相检测对识别爆炸装置和最近处理过它们的恐怖分子来说辨识度高。近二十年来，人们对1，3-二硝基甲苯（DNT）和TNT的气相检测进行了广泛的研究，并从技术层面上提出了相关的解决方案。然而，检测气相的RDX分子仍然是一个极为重要但却十分困难的挑战，因为它的挥发性比TNT还要低三个数量级，并且是比硝基芳香炸药弱的电子受体。目前用于痕量RDX传感的分析技术主要包括比色免疫分析、表面增强拉曼光谱、离子迁移谱和金纳米粒子表面等离子体共振的变化检测等。然而这类技术均需要预浓缩处理以及专业的设备。近期发展起来的共轭聚合物技术在适当的条件下会被相应的分析物荧光猝灭，这是一种高灵敏度相互作用，可以直接探测气相的爆炸性蒸汽分子。如采用烯烃复分解反应制备的一种共轭聚合物网，它的薄膜在接触液相或者气相的RDX、TNT和PETN时会出现荧光猝灭，而当其与常用的家具用品挥发物（如各种胺或挥发性化合物）作用时并不会出现这种猝灭反应，这些结果表明这种共轭聚合物网可用于制备实用的爆炸物（黑索金RDX）侦测传感器，检测精度可以达到皮克级。然而对于包装密封好的塑胶炸弹其仅会挥发出十分有限的气相RDX分子，因检测精度不够，上述检测方法对此类处理完备的塑胶炸药识别仍然束手无策。

纳米孔单分子检测技术，具有高通量和无需复杂的化学修饰等优点，且其具有亚埃级的空间分辨率和亚微秒级的时间分辨率，因此最近几年纳米孔被广泛应用于单分子研究领域，如纳米颗粒检测，分子3D形状识别，生物分子的检测和分子力的测量等，如进一步采用超薄且亚纳米直径的纳米孔甚至可以实现对氦气和甲烷等气体的分选。众所周知，在微电子技术中，当半导体的势垒或者薄膜的厚度与载流子的德布罗意波（de Broglie波）的波长相近的时候，即可触发载流子的隧穿效应，从而产生隧穿电流（tunneling current）。隧穿效应结合纳米孔单分子传感器目前已经被广泛应用于生命科学领域。

发明内容

本发明的一种超灵敏塑胶炸弹侦测传感器与轴向过孔电流不同，隧穿电流是通过隧穿效应检测分子在穿过纳米孔时的径向电流，可应用于爆炸物气相RDX分子的检测。

本发明提供的一种超灵敏塑胶炸弹侦测传感器，包括从气体的入口端从左到右依次设有的一级滤膜芯片、二级滤膜芯片和三级滤膜芯片；直至气体出口端设置的RDX分子信号检测芯片；其中所述一级滤膜芯片、二级滤膜芯片和三级滤膜芯片分别含有确定尺寸的阵列纳米孔，其中所述RDX分子信号检测芯片上含有确定尺寸的阵列纳米孔外并在每个纳米孔的两侧设有两个纳米金电极，所述纳米金电极与外接电源和电流表相连接，用于检测爆炸物RDX分子的特征信号；用于检测RDX分子穿过纳米孔时的隧穿电流特征信号，实现对RDX气相分子的高精度辨识。

本发明的进一步改进在于：所述一级滤膜芯片、二级滤膜芯片和三级滤膜芯片上的阵列纳米孔的直径逐渐减小。

本发明的进一步改进在于：所述一级滤膜芯片上的阵列纳米孔直径为1000 nm，纳米孔间的间距为2000 nm，主要用于空气悬浮物；如细毛发、大颗粒粉尘、PM2.5、花粉等的筛选过滤。