[发明专利]气相爆炸物敏感吸附材料及其制备方法、气相爆炸物传感芯片及其应用

说明书

本发明公开了一种气相爆炸物敏感吸附材料及其制备方法、气相爆炸物传感芯片及其应用。气相爆炸物敏感吸附材料是通过N‑(3‑二甲基氨基丙基)‑N'‑乙基羧基二亚胺盐酸盐活化氧化石墨烯表面的羧基生成活性脂，然后通过N‑羟基琥珀酰亚胺稳定生成的活性脂，再使用2‑(2‑吡啶基二硫代)乙胺盐酸盐与活化的羧基形成酰胺键生成GO‑S‑S‑Py偶联中间体，再通过与6‑氨基己硫醇进行二硫交换反应得到。该敏感吸附材料可作为纳米涂层沉积在声表面波器件的传感区域形成气相爆炸物传感芯片。该敏感吸附材料特异性好、灵敏度高、成本低、响应时间和恢复时间快，且传感芯片能够实现2,4,6‑三硝基甲苯等气相爆炸物的超高灵敏度检测。

技术领域

本发明属于爆炸物气体检测领域，涉及一种超灵敏的TNT等爆炸物气体敏感吸附材料和传感芯片，具体涉及气相爆炸物敏感吸附材料及其制备方法、气相爆炸物传感芯片及其应用。

背景技术

硝基爆炸物如2,4,6-三硝基甲苯(TNT)作为一种人工硝基芳香炸药被广泛用于工程爆破。这些爆炸物如果残留在空气、地下水等环境中会导致人和动物慢性中毒。TNT可以通过皮肤、呼吸道和消化道侵入人体，从而影响血液、肝脏和免疫系统，可导致人和动物慢性中毒，出现中毒性胃炎、肝炎、复发、贫血和白内障等症状。因此，对爆炸物尤其是TNT的高灵敏检测，对于国土安全和环境保护等问题极为重要。快速、可靠、特异性和高灵敏地检测空气中的TNT等爆炸物分子引起了广泛的研究关注。目前已有许多技术被用于TNT的定量和定性分析，包括色谱、质谱、离子迁移谱、微悬臂梁、表面增强拉曼光谱、电化学分析、表面等离子共振、荧光方法、免疫测定等。然而这些传统的检测方法需要复杂的仪器，复杂且耗时的操作过程，缺乏便携性，并且难以在现场使用。因此，一些新兴的爆炸物传感技术亟待突破，其中基于表面声波器件结合纳米敏感吸附材料的便携高效和低成本的传感器成为极具发展前景的研究方向。

金属有机框架(MOF)、聚合物薄膜和碳基纳米材料是常见的传感界面吸附薄膜。其中，碳基纳米材料由于其独特的电子特性，被广泛用于传感器敏感材料的制备。二维石墨烯基纳米材料具有突出的物理化学性质，例如大的比表面积和丰富的含氧官能团。它们可以通过π-π堆积相互作用、静电相互作用和氢键与TNT气体分子结从而实现对爆炸物分子的捕获与敏感。但二维石墨烯基纳米材料的非特异性、稳定性不佳、响应/恢复时间慢、灵敏度较低一直是有待解决的问题。因此，对石墨烯纳米材料进行表面修饰以增强其对爆炸物分子敏感的特异性、灵敏度、响应时间等是一条有效的技术途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种特异性好、灵敏度高、成本低、响应时间和恢复时间快的气相爆炸物敏感吸附材料及其制备方法，并相应地提供一种气相爆炸物传感芯片及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种气相爆炸物敏感吸附材料，所述气相爆炸物敏感吸附材料是通过N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基羧基二亚胺盐酸盐活化氧化石墨烯表面的羧基生成活性脂，然后通过N-羟基琥珀酰亚胺稳定生成的活性脂，再使用2-(2-吡啶基二硫代)乙胺盐酸盐与活化的羧基形成酰胺键并生成GO-S-S-Py偶联中间体，再通过与6-氨基己硫醇进行二硫交换反应得到气相爆炸物敏感吸附材料GO/PDEA@6MNA。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种气相爆炸物敏感吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯纳米片加入水中，经超声分散，得到氧化石墨烯分散液；

(2)向步骤(1)所得氧化石墨烯分散液中加入N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基羧基二亚胺盐酸盐溶液，用于活化氧化石墨烯表面的羧基生成活性脂；

(3)向步骤(2)所得活化样品中加入N-羟基琥珀酰亚胺溶液，以保护生成的活性脂；

(4)向步骤(3)所得溶液中加入2-(2-吡啶基二硫代)乙胺盐酸盐溶液，进行耦合，通过与活化的羧基形成酰胺键生成GO-S-S-Py偶联中间体；