用于增强化学电阻感测的制剂制造技术

传感器材料包含多个导电性碳质纳米材料颗粒；经选择与目标分析物选择性相互作用的检测剂；和离子液体，其中多个导电性碳质纳米材料颗粒、检测剂和离子液体组合形成糊剂。此外，分析物可扩散到糊剂中与检测剂相互作用以改变糊剂的导电率。还描述了基于所述传感器材料的装置及使用所述装置的方法。

Formulations for enhancing chemical resistance sensing

The sensor material comprises a plurality of conductive carbon nano material particles; by detecting agent selection and analysis of target selective interaction; and ionic liquid, wherein a plurality of conductive carbon nano material particles, detection agent and ionic liquid are combined to form a paste. In addition, the analyte diffuses into the paste to interact with the agent to alter the conductivity of the paste. A device based on the sensor material and a method of using the device are also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强化学电阻感测的制剂相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月15日提交的美国专利申请62/024,924的优先权，其在此通过引用整体并入。引用并入为了更全面地描述到本文所述专利技术的日期为止本领域技术人员已知的现有技术的状况，本文引用的全部专利、专利申请和公开均在此通过引用整体并入。
技术介绍
气体感测技术正用于广泛的多种应用，例如安全监测、防卫监测、工艺监测或空气质量控制。其他应用(例如食品工业中的乙烯或生物胺感测)可从气体传感器中获益，然而，现有的传感器技术不能满足必需的要求。用于检测乙烯、生物胺或氨的现有方法具体地包括气相色谱、光声光谱以及电化学法和比色法。这些方法各自都有缺点和折衷，包括笨重、昂贵、复杂、体积大、灵敏性和选择性受限、准确性不足以及需要显著的工作能耗和/或高度训练的技术人员来进行分析。化学电阻式传感器(chemiresistivesensor)具有克服许多这些限制的潜力并且导致可称重、多路复用、低成本、低功耗、便携、高选择性和高灵敏性的感测技术。为了成为一种用于实际应用的可行技术，这些传感器需要具有足够的选择性并且对期望的分析物具有足够大的响应。之前，Fukushima等已描述了SWCNT和离子液体的糊剂的形成但是不含检测剂分子并且没有提及在感测方面的使用(Fukushima等，Science,300,2072-2074和US7,531,114B2)。
技术实现思路
公开了一种改善感测响应的方法。描述了一种传感器材料，其包含多个导电性碳质纳米材料颗粒；能够与目标分析物相互作用的检测剂；和离子液体，其中多个导电性碳质纳米材料颗粒、检测剂和离子液体组合形成糊剂。选择离子液体以促进分析物与糊剂相互作用，导致糊剂的导电率变化。在一些实施方案中，碳质纳米材料颗粒为碳纳米管。在另一些实施方案中，碳质纳米材料颗粒选自石墨粉、单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯、还原石墨氧化物和碳黑粉。在前述任一实施方案中，离子液体包含选自咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡咯烷阳离子、阳离子及其组合的阳离子。在另一些实施方案中，离子液体包含选自以下的阴离子：双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(TFSI-)阴离子、双(氟磺酰基)酰亚胺(FSI-)阴离子、卤化物阴离子、硝酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、双三氟甲磺酰亚胺(bistriflimide)阴离子、三氟甲磺酸根阴离子、甲苯磺酸根阴离子及其组合。在另一些实施方案中，离子液体包含选自甲酸根、烷基硫酸根、烷基磷酸根、羟乙酸根(glycolate)及其组合的非卤化有机阴离子。在另一些实施方案中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺或1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。在前述任一实施方案中，检测剂共价结合至碳质纳米材料颗粒。在另一些实施方案中，其中检测剂非共价结合至碳质纳米材料颗粒。在另一些实施方案中，检测剂限制在碳质纳米材料颗粒内。在前述任一实施方案中，检测剂为小分子、聚合物或生物物质。在另一些实施方案中，生物物质包括肽、蛋白质、DNA、RNA或PNA。在前述任一实施方案中，检测剂包含能够结合在溶液、气相或固相中的目标分析物的官能团。在一些实施方案中，官能团选自硫醇基、醛基、酯基、羧酸基团、羟基或其组合。在前述任一实施方案中，检测剂为富电子或贫电子部分；其中目标分析物和检测剂之间的相互作用包括静电相互作用。在前述任一实施方案中，检测剂包含金属或含金属化合物。在一些实施方案中，目标化合物和检测剂之间的相互作用包括结合至金属或含金属化合物。在另一些实施方案中，含金属化合物选自钛盐、银盐、铂盐、金盐、铝盐、镍盐、钯盐和铜盐。在另一些实施方案中，含金属物质包括铜盐。在另一些实施方案中，含金属物质包括钯盐。在一些实施方案中，检测剂选自PdCl2、5,10,15,20-四苯基卟啉合钴(III)高氯酸盐([Co(tpp)]ClO4)、3,6-二-2-吡啶基-1,2,4,5-四嗪及其组合。在前述任一实施方案中，以3:1至1:10的重量比使碳质纳米材料颗粒与检测剂混合。在一些实施方案中，以1:1至1:10的重量比使碳质纳米材料颗粒与检测剂混合。在前述任一实施方案中，使约0.1重量％至20重量％的碳质纳米材料颗粒与离子液体混合。在一些实施方案中，使约0.25重量％至10重量％的碳质纳米材料颗粒与离子液体混合。在前述任一实施方案中，传感器材料还包含粘度改性剂添加剂。在一些实施方案中，粘度改性剂添加剂选自低分子量溶剂、高分子量溶剂、增塑剂、乙二醇、四乙二醇、稀释剂和矿物油。在一个方面，装置包括第一电极和第二电极；布置成与第一电极和第二电极电接触的传感器材料；其中传感器材料包含根据上文所公开的任一实施方案的传感器材料。在一些实施方案中，装置还包括与安培计或电压计连接的电路以检测形成传感器材料的糊剂的导电率变化。在一些实施方案中，第一电极和第二电极位于刚性基底上。在另一些实施方案中，刚性基底选自玻璃、聚合物材料和印刷电路板。在一些实施方案中，第一电极和第二电极位于柔性基底上。在另一些实施方案中，柔性基底选自纸和聚合物材料。在一些实施方案中，第一电极和第二电极为复杂电路的一部分。在另一些实施方案中，所述复杂电路为近场通信(NFC)芯片或射频识别(RFID)芯片。在一个方面，检测分析物的方法包括：提供根据上文所公开任一实施方案的感测装置；使传感器材料暴露于环境中，其中传感器材料的导电率变化指示分析物的存在；以及检测传感器材料的导电率变化。在一些实施方案中，方法还包括将所检测到的导电率变化无线传输至另一用于分析和储存的装置。在一些实施方案中，方法还包括通过无线射频通信检测分析物。在一些实施方案中，方法还包括检测来自包括传感器的射频识别标签的输出。在一些实施方案中，分析物为蒸气。在一些实施方案中，分析物选自硫醇、酯、醛、醇、醚、烯烃、炔烃、酮、酸、碱及其组合。在一些实施方案中，分析物为霉菌。在一些实施方案中，分析物为乙烯、含氮气体或胺。在一些实施方案中，分析物为腐胺或尸胺。在一些实施方案中，分析物的浓度为0至10％、0至5％、0至1％、0至1000ppm、0至100ppm、0至80ppm、0至50ppm、0至10ppm、0至5ppm、0至1ppm、0至0.5ppm、0至100ppb、0至50ppb或0至10ppb。在一些实施方案中，传感器材料在与分析物相互作用后还经历体积变化；并且方法包括检测体积变化并从体积变化获得关于分析物的信息。在一些实施方案中，传感器材料在与分析物相互作用之后还经历颜色变化；并且方法包括检测颜色变化并且从颜色变化获得关于分析物的信息。在一些实施方案中，分析物与检测剂相互作用以形成范德华相互作用、共价键、离子键、氢键或配价键。在一些实施方案中，分析物与检测剂经由生物分子对之间的结合事件相互作用，其中生物分子为蛋白质、核酸、糖蛋白、碳水化合物或激素。在另一些实施方案中，生物分子对选自抗体/肽对、抗体/抗原对、抗体片段/抗原对、抗体/抗原片段对、抗体片段/抗原片段对、抗体/半抗原对、酶/基质对、酶/抑制剂对、酶/辅因子对、蛋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器材料，包含：多个导电性碳质纳米材料颗粒；能够与目标分析物相互作用的检测剂；和离子液体，其中所述多个导电性碳质纳米材料颗粒、所述检测剂和所述离子液体组合以形成糊剂；并且其中所述离子液体被选择成促进分析物与所述糊剂相互作用，导致所述糊剂的导电率变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.15 US 62/024,9241.一种传感器材料，包含：多个导电性碳质纳米材料颗粒；能够与目标分析物相互作用的检测剂；和离子液体，其中所述多个导电性碳质纳米材料颗粒、所述检测剂和所述离子液体组合以形成糊剂；并且其中所述离子液体被选择成促进分析物与所述糊剂相互作用，导致所述糊剂的导电率变化。2.根据权利要求1所述的传感器材料，其中所述碳质纳米材料颗粒为碳纳米管。3.根据权利要求1所述的传感器材料，其中所述碳质纳米材料颗粒选自石墨粉、单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯、还原石墨氧化物和碳黑粉。4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器材料，其中所述离子液体包含选自以下的阳离子：咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡咯烷阳离子、阳离子及其组合。5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器材料，其中所述离子液体包含选自以下的阴离子：双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(TFSI-)阴离子、双(氟磺酰基)酰亚胺(FSI-)阴离子、卤化物阴离子、硝酸根阴离子、四氟硼酸根阴离子、六氟磷酸根阴离子、双三氟甲磺酰亚胺阴离子、三氟甲磺酸根阴离子、甲苯磺酸根阴离子及其组合。6.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器材料，其中所述离子液体包含选自以下的非卤化有机阴离子：甲酸根、烷基硫酸根、烷基磷酸根、羟乙酸根及其组合。7.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器材料，其中所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺或1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂共价结合至所述碳质纳米材料颗粒。9.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂非共价结合至所述碳质纳米材料颗粒。10.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂限制在所述碳质纳米材料颗粒内。11.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂为小分子、聚合物或生物物质。12.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂包含能够结合在溶液、气相或固相中的目标分析物的官能团。13.根据权利要求12所述的传感器材料，其中所述官能团选自硫醇基、醛基、酯基、羧酸基团、羟基或其组合。14.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂为富电子或贫电子部分；其中目标分析物和所述检测剂之间的相互作用包括静电相互作用。15.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器材料，其中所述检测剂包含金属或含金属化合物。16.根据权利要求15所述的传感器材料，其中目标化合物和所述检测剂之间的相互作用包括结合至所述金属或含金属化合物。17.根据权利要求16所述的传感器材料，其中所述含金属化合物选自钛盐、银盐、铂盐、金盐、铝盐、镍盐、钯盐和铜盐。18.根据权利要求16所述的传感器材料，其中所述含金属物质包含铜盐。19.根据权利要求16所述的传感器材料，其中所述含金属物质包含钯盐。20.根据权利要求1所述的传感器材料，其中所述检测剂选自PdCl2、5,10,15,20-四苯基卟啉合钴(III)高氯酸盐([Co(tpp)]ClO4)、3,6-二-2-吡啶基-1,2,4,5-四嗪及其组合。21.根据权利要求11所述的传感器材料，其中所述生物物质包含肽、蛋白质、DNA、RNA或PNA。22.根据权利要求1至21中任一项所述的传感器材料，其中以3:1至1:10的重量比使所述碳质纳米材料颗粒与所述检测剂混合。23.根据权利要求1至21中任一项所述的传感器材料，其中以1:1至1:10的重量比使所述碳质纳米材料颗粒与所述检测剂混合。24.根据权利要求1至23中任一项所述的传感器材料，其中使约0.1重量％至20重量％的所述碳质纳米材料颗粒与所述离子液体混合。25.根据权利要求1至23中任一项所述的传感器材料，其中使约0.25重量％至10重量％的所述碳质纳米材料颗粒与所述离子液体混合。26.根据权利要求1至25中任一项所述的传感器材料，还包含粘度改性剂添加剂。27.根据权利要求26所述的传感器材料，其中所述粘度改性剂添加剂选自低分子量溶剂、高分子量溶剂、增塑剂、乙二醇、四乙二醇、稀释剂和矿物油。28.一种装置，包括：第一电极和第二电极；布置成与所述第一电极和所述第二电极电接触的传感器材料；其中，所述传感器材料包含权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·马库斯·施诺尔，卡珊德拉·埃伦·曾特纳，亚历山大·罗伯特森·佩蒂，蒂莫西·曼宁·斯韦格，
申请(专利权)人：C二感官有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US