一种用于气体分析的可视化阵列芯片及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种用于气体分析的可视化阵列芯片及其应用，所述可视化阵列芯片在基材上按照阵列排布方式设置有1~36号功能模块，所述功能模块由分别采用纳米金颗粒、介多孔有机硅酸盐、塑化剂和对醛类挥发性有机物具有特异性响应材料修饰的染料和卟啉在基材上涂覆制得，所述可视化阵列芯片可用于检测分析苯、甲苯、对二甲苯、三甲苯、三氯氟甲烷、丙醛、己醛、乙醛、庚醛、丙酮、2‑戊酮、四氢呋喃、庚烷、癸烷、十一烷、1‑己烯、异戊二烯、苯乙烯、乙酸、丙酸、乙二胺、四甲基乙二胺、乙腈、丙醇、硫醇和乙酸丁酯化合物中的至少一种挥发气体。本发明专利技术芯片可用于多种气体成分检测，对检测限低的检测物具有高灵敏度，可达到ppbv检测水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气敏型可视化阵列芯片
，具体涉及一种用于气体分析的可视化阵列芯片及其应用。
技术介绍
基于阵列的气体检测技术作为一种明显区别于传统气体检测方法的技术，吸引了广泛的学者关注。其中，作为核心部件的阵列芯片，其构成和作用显得尤为重要。以往的传感阵列多依赖于传感器和分析物间较弱的分子间相互作用，例如范德瓦尔斯力和物理吸附作用，本质上可看作分子间的相对疏水性。因而，此类阵列芯片的分子间相互作用较单一，可探测的化学性质非常有限，不仅限制了检测低浓度化合物的灵敏度，而且限制了它们区分各种化合物时的选择性；此外，环境湿度的变化也会对该芯片检测过程中带来明显的干扰问题。不仅如此，以往的阵列芯片技术多是采用单独的着色剂，而忽视了骨架功能材料的作用，因而检测结果灵敏度不高，检测下限较高，储存寿命较短。基于上述原因，现有的气体检测阵列芯片还存在一定的不足之处。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是：针对现有阵列芯片检测下限高、灵敏度较低、可鉴别物质种类少、受外界环境湿度影响大、储存寿命短等不足之处，而提供一种检测限低、抗湿度干扰能力强、储存时间长、响应快速的用于气体分析的可视化阵列芯片及其应用。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于气体分析的可视化阵列芯片，包括基材，在基材上按照阵列排布方式设置有1～36号功能模块；其中，1号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的1号染料涂覆制得，2号功能模块为采用组分包括甲酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的2号染料涂覆制得，3号功能模块为采用组分包括亮黄、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的3号染料涂覆制得，4号功能模块为采用组分包括溴酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的4号染料涂覆制得，5号功能模块为采用组分包括尼罗红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的5号染料涂覆制得，6号功能模块为采用组分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的6号染料涂覆制得，7号功能模块为采用组分包括锌卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的7号染料涂覆制得，8号功能模块为采用组分包括溴甲酚紫和硅凝胶的8号染料涂覆制得，9号功能模块为采用组分包括氯酚红和硅凝胶的9号染料涂覆制得，10号功能模块为采用组分包括溴百里酚蓝和硅凝胶的10号染料涂覆制得，11号功能模块为采用组分包括甲酚红和硅凝胶的11号染料涂覆制得，12号功能模块为采用组分包括荧光素和硅凝胶的12号染料涂覆制得，13号功能模块为采用组分包括百里酚蓝和硅凝胶的13号染料涂覆制得，14号功能模块为采用组分包括赖卡特染料和四甘醇的14号染料涂覆制得，15号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和四甘醇的15号染料涂覆制得，16号功能模块为采用组分包括氯酚红和四甘醇的16号染料涂覆制得，17号功能模块为采用组分包括甲基红和四甘醇的17号染料涂覆制得，18号功能模块为采用组分包括尼罗红和四甘醇的18号染料涂覆制得，19号功能模块为采用组分包括孔雀石绿和四甘醇的19号染料涂覆制得，20号功能模块为采用组分包括钴卟啉、氯苯和醚的20号染料涂覆制得，21号功能模块为采用组分包括锌卟啉、氯苯和醚的21号染料涂覆制得，22号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的22号染料涂覆制得，23号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的23号染料涂覆制得，24号功能模块为采用组分包括溴酚蓝、四甘醇和氢氧化钠的24号染料涂覆制得，25号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和氢氧化钠的25号染料涂覆制得，26号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇和氢氧化钠的26号染料涂覆制得，27号功能模块为采用组分包括罗丹明B、四甘醇和氢氧化钠的27号染料涂覆制得，28号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和对甲基苯磺酸的28号染料涂覆制得，29号功能模块为采用组分包括百里酚蓝、四甘醇和对甲基苯磺酸的29号染料涂覆制得，30号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇、氢氧化钠和聚乙二醇的30号染料涂覆制得，31号功能模块为采用组分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基锡的31号染料涂覆制得，32号功能模块为采用组分包括溴酚红、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基锡的32号染料涂覆制得，33号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和无水乙醇的33号染料涂覆制得，34号功能模块为采用组分包括尼罗红和无水乙醇的34号染料涂覆制得，35号功能模块为采用组分包括氯酚红、无水乙醇和氢氧化钠的35号染料涂覆制得，36号功能模块为采用组分包括甲酚红、无水乙醇和氢氧化钠的36号染料涂覆制得。其中，所述锌卟啉结构式如下式1所示，所述钴卟啉结构式如下式2所示：本专利技术还提供上述用于气体分析的可视化阵列芯片在用于检测分析苯、甲苯、对二甲苯、三甲苯、三氯氟甲烷、丙醛、己醛、乙醛、庚醛、丙酮、2-戊酮、四氢呋喃、庚烷、癸烷、十一烷、1-己烯、异戊二烯、苯乙烯、乙酸、丙酸、乙二胺、四甲基乙二胺、乙腈、丙醇、硫醇和乙酸丁酯化合物中的一种或一种以上挥发性气体上的应用。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术基于现有技术阵列芯片中多依赖于传感器与分析物间较弱的范德华力和物理吸附作用，因而检测范围有限、检测灵敏度低的技术问题，通过创造性的研究发现，分别使用纳米金颗粒、介多孔有机硅酸盐、塑化剂和对醛类挥发性有机物具有特异性响应的材料对染料和卟啉进行功能性复合修饰，可以使制得的阵列芯片能够与待分析物间不仅存在范德华力和物理吸附作用，更是产生了共价键、配位作用、酸碱相互作用、氢键、电荷转移和π-π分子络合、偶极与多极相互作用等化学相互作用，进而使本专利技术阵列芯片可用于多种气体成分的检测，对检测限低的检测物具有高灵敏度，可以达到ppbv检测水平，检出限5～50ppb，拓宽了阵列可鉴别的物质种类，增强了阵列的选择性。2、本专利技术针对现有技术阵列芯片易受环境湿度变化的影响，进而通过研究发现采用本专利技术疏水性膜作为基材材料，可以使芯片抗湿度干扰能力显著提高，大大降低了环境湿度变化对芯片检测带来的干扰，使本专利技术检测准确性大大提高，准确率高达75～80％，灵敏度1～20ppb，检测结果真实可靠。3、本专利技术阵列芯片对待检测物质响应迅速，3分钟内即可达到反应平衡，检测速度快，且本专利技术阵列芯片具有小型化、便携式等优点，便于进行原位检测，该芯片为即用即抛型，有效克服了灵敏度高稳定性差的矛盾。4、本专利技术阵列芯片常温避光氮气保护下保存3个月不失效，储存时间长，有效期内检测结果稳定性良好，误差小，便于检测结果的准确辨识。附图说明图1为本专利技术用于气体分析的可视化阵列芯片实物图。具体实施方式下面结合具体实施例和说明书附图对本专利技术作进一步详细说明。本实施案例在以本专利技术技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本专利技术具有创造性，但本专利技术的保护范围不限于以下的实施例。下述实施例中采用疏水性膜为基材，基材的尺寸为26mm×24mm×0.11mm，各染料的点阵排布方式：M×N，M为行数，M≥1；N为列数，N≥1，具体在本实施例中采用M＝N＝6的方式。一种用于气体分析的可视化阵列芯片，如图1所示，包括基材，在基材上按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气体分析的可视化阵列芯片，包括基材，其特征在于，在基材上按照阵列排布方式设置有1~36号功能模块；其中，1号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的1号染料涂覆制得，2号功能模块为采用组分包括甲酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的2号染料涂覆制得，3号功能模块为采用组分包括亮黄、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的3号染料涂覆制得，4号功能模块为采用组分包括溴酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的4号染料涂覆制得，5号功能模块为采用组分包括尼罗红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的5号染料涂覆制得，6号功能模块为采用组分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的6号染料涂覆制得，7号功能模块为采用组分包括锌卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的7号染料涂覆制得，8号功能模块为采用组分包括溴甲酚紫和硅凝胶的8号染料涂覆制得，9号功能模块为采用组分包括氯酚红和硅凝胶的9号染料涂覆制得，10号功能模块为采用组分包括溴百里酚蓝和硅凝胶的10号染料涂覆制得，11号功能模块为采用组分包括甲酚红和硅凝胶的11号染料涂覆制得，12号功能模块为采用组分包括荧光素和硅凝胶的12号染料涂覆制得，13号功能模块为采用组分包括百里酚蓝和硅凝胶的13号染料涂覆制得，14号功能模块为采用组分包括赖卡特染料和四甘醇的14号染料涂覆制得，15号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和四甘醇的15号染料涂覆制得，16号功能模块为采用组分包括氯酚红和四甘醇的16号染料涂覆制得，17号功能模块为采用组分包括甲基红和四甘醇的17号染料涂覆制得，18号功能模块为采用组分包括尼罗红和四甘醇的18号染料涂覆制得，19号功能模块为采用组分包括孔雀石绿和四甘醇的19号染料涂覆制得，20号功能模块为采用组分包括钴卟啉、氯苯和醚的20号染料涂覆制得，21号功能模块为采用组分包括锌卟啉、氯苯和醚的21号染料涂覆制得，22号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的22号染料涂覆制得，23号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的23号染料涂覆制得，24号功能模块为采用组分包括溴酚蓝、四甘醇和氢氧化钠的24号染料涂覆制得，25号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和氢氧化钠的25号染料涂覆制得，26号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇和氢氧化钠的26号染料涂覆制得，27号功能模块为采用组分包括罗丹明B、四甘醇和氢氧化钠的27号染料涂覆制得，28号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和对甲基苯磺酸的28号染料涂覆制得，29号功能模块为采用组分包括百里酚蓝、四甘醇和对甲基苯磺酸的29号染料涂覆制得，30号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇、氢氧化钠和聚乙二醇的30号染料涂覆制得，31号功能模块为采用组分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基锡的31号染料涂覆制得，32号功能模块为采用组分包括溴酚红、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基锡的32号染料涂覆制得，33号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和无水乙醇的33号染料涂覆制得，34号功能模块为采用组分包括尼罗红和无水乙醇的34号染料涂覆制得，35号功能模块为采用组分包括氯酚红、无水乙醇和氢氧化钠的35号染料涂覆制得，36号功能模块为采用组分包括甲酚红、无水乙醇和氢氧化钠的36号染料涂覆制得。...

【技术特征摘要】
1.一种用于气体分析的可视化阵列芯片，包括基材，其特征在于，在基材上按照阵列排布方式设置有1~36号功能模块；其中，1号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的1号染料涂覆制得，2号功能模块为采用组分包括甲酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的2号染料涂覆制得，3号功能模块为采用组分包括亮黄、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和巯基苯硼酸修饰纳米金的3号染料涂覆制得，4号功能模块为采用组分包括溴酚红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的4号染料涂覆制得，5号功能模块为采用组分包括尼罗红、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的5号染料涂覆制得，6号功能模块为采用组分包括分散橙1、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的6号染料涂覆制得，7号功能模块为采用组分包括锌卟啉、乙醇、苯基三乙氧基硅烷和纳米金的7号染料涂覆制得，8号功能模块为采用组分包括溴甲酚紫和硅凝胶的8号染料涂覆制得，9号功能模块为采用组分包括氯酚红和硅凝胶的9号染料涂覆制得，10号功能模块为采用组分包括溴百里酚蓝和硅凝胶的10号染料涂覆制得，11号功能模块为采用组分包括甲酚红和硅凝胶的11号染料涂覆制得，12号功能模块为采用组分包括荧光素和硅凝胶的12号染料涂覆制得，13号功能模块为采用组分包括百里酚蓝和硅凝胶的13号染料涂覆制得，14号功能模块为采用组分包括赖卡特染料和四甘醇的14号染料涂覆制得，15号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和四甘醇的15号染料涂覆制得，16号功能模块为采用组分包括氯酚红和四甘醇的16号染料涂覆制得，17号功能模块为采用组分包括甲基红和四甘醇的17号染料涂覆制得，18号功能模块为采用组分包括尼罗红和四甘醇的18号染料涂覆制得，19号功能模块为采用组分包括孔雀石绿和四甘醇的19号染料涂覆制得，20号功能模块为采用组分包括钴卟啉、氯苯和醚的20号染料涂覆制得，21号功能模块为采用组分包括锌卟啉、氯苯和醚的21号染料涂覆制得，22号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的22号染料涂覆制得，23号功能模块为采用组分包括氯酚红、四甘醇和氢氧化钠的23号染料涂覆制得，24号功能模块为采用组分包括溴酚蓝、四甘醇和氢氧化钠的24号染料涂覆制得，25号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和氢氧化钠的25号染料涂覆制得，26号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇和氢氧化钠的26号染料涂覆制得，27号功能模块为采用组分包括罗丹明B、四甘醇和氢氧化钠的27号染料涂覆制得，28号功能模块为采用组分包括溴酚红、四甘醇和对甲基苯磺酸的28号染料涂覆制得，29号功能模块为采用组分包括百里酚蓝、四甘醇和对甲基苯磺酸的29号染料涂覆制得，30号功能模块为采用组分包括甲酚红、四甘醇、氢氧化钠和聚乙二醇的30号染料涂覆制得，31号功能模块为采用组分包括分散橙1、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基锡的31号染料涂覆制得，32号功能模块为采用组分包括溴酚红、二甲基甲酰胺、二硝基苯腙和三丁基锡的32号染料涂覆制得，33号功能模块为采用组分包括溴甲酚绿和无水乙醇的33号染料涂覆制得，34号功能模块为采用组分包括尼罗红和无水乙醇的34号染料涂覆制得，35号功能模块为采用组分包括氯酚红、无水乙醇和氢氧化钠的35号染料涂覆制得，36号功能模块为采用组分包括甲酚红、无水乙醇和氢氧化钠的36号染料涂覆制得。2.根据权利要求1所述用于气体分析的可视化阵列芯片，其特征在于，1~3号染料分别为以溴甲酚绿、甲酚红和亮黄为溶质，以1号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述1号溶液由乙醇、苯基三乙氧基硅烷和A溶液按照3~5 :1~2 :1~2的体积比混合而得，所述A溶液为1~5 mmol/L的巯基苯硼酸修饰纳米金溶液；4~7号染料分别为以溴酚红、尼罗红、分散橙1和锌卟啉为溶质，以2号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述2号溶液由乙醇、苯基三乙氧基硅烷和B溶液按照3~5 :1~2 :1~2的体积比混合而得，所述B溶液为10~30 mmol/L的纳米金溶液；8~13号染料分别为以溴甲酚紫、氯酚红、溴百里酚蓝、甲酚红、荧光素和百里酚蓝为溶质，以硅凝胶溶液为溶剂配制的混合溶液；14~19号染料分别为以赖卡特染料、溴甲酚绿、氯酚红、甲基红、尼罗红和孔雀石绿为溶质，以质量浓度为10~30 %的四甘醇为溶剂配制的混合溶液；20~21号染料分别为以钴卟啉和锌卟啉为溶质，以质量浓度为10~30 %氯苯和醚为溶剂配制的混合溶液，其中，所述氯苯与醚的体积比为9~10:1~2；22~23号染料均为以氯酚红为溶质，以3号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述3号溶液由四甘醇溶液和氢氧化钠溶液按照50~100: 1~2的体积比混合配制得，其中，所述四甘醇溶液由甲氧基乙醇和四甘醇以9~10：1~2的体积比混合而得，所述氢氧化钠溶液以氢氧化钠为溶质，以甲氧基乙醇为溶剂配制而得，所述氢氧化钠在甲氧基乙醇中的浓度为1~5 mol/L；24号染料为以溴酚蓝为溶质，以所述3号溶液为溶剂配制的混合溶液；25号染料为以溴酚红为溶剂，以所述3号溶液为溶剂配制的混合溶液；26号染料为以甲酚红为溶质，以4号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述4号溶液由所述四甘醇溶液和所述氢氧化钠溶液按照20~40: 1~2的体积比混合配制得；27号染料为以罗丹明B为溶质，以5号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述5号溶液由所述四甘醇溶液和所述氢氧化钠溶液按照按照45~90：1~2的体积比混合而得；28~29号染料分别为以溴酚红和百里酚蓝为溶质，以6号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述6号溶液由对甲基苯磺酸和所述四甘醇溶液按照1~2：50~100的质量体积比混合而得；30号染料为以甲酚红为溶质，以7号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述7号溶液由所述四甘醇溶液、所述氢氧化钠溶液和PEG-100按照20~40：1~2：20~40的质量体积比混合而得；31~32号染料分别为以分散橙1和溴酚红为溶质，以8号溶液为溶剂配制的混合溶液，所述8号溶液由二甲基甲酰胺、0.2~0.4g/mL的二硝基苯肼水溶液、体积浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯长军，钟先华，霍丹群，法焕宝，罗小刚，杨眉，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50