具有多孔材料或者粒状材料作为受体层的传感器制造技术

本发明专利技术通过对检测物理参数的这类各种传感器(例如，表面应力传感器、QCM、SPR等)的受体层进行改良，从而同时实现高灵敏度、选择性、耐久性。使用多孔材料或纳米粒子等粒状材料代替以往作为受体层使用的均匀的膜。由此，分别能够通过改变受体层的膜厚来控制灵敏度，通过改变固定于多孔材料或粒状材料的表面修饰基团来控制选择性，通过改变多孔材料或粒状材料的组成及表面特性来控制耐久性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多孔材料或者粒状材料作为受体层的传感器
本专利技术涉及一种通过在传感器上包覆多孔材料或者粒状材料而使被检体分子(作为检测对象的物质分子)的高灵敏度且选择性的检测成为可能的传感器。
技术介绍
通常，传感器在用被称作“受体层”的层包覆后用于测定，该“受体层”使被检体分子的高灵敏度且选择性的检测成为可能。用作受体层的物质包括自组装单分子膜、DNA/RNA、蛋白质、抗原/抗体、聚合物等多种。除灵敏度、选择性以外，从测定的再现性、传感器的耐久性等观点出发，受体物质与传感器上的具有检测功能的表面(以下，仅称为传感器表面)的相互作用是重要的，期望形成稳定的结合状态。因此，受体物质的固定化需要在严密控制的条件下进行，其条件优化不容易。另外，也存在例如水溶性的聚合物不能用于在水中的测定等因包覆的物质导致传感器的测定环境受到限定的问题。对于传感器的选择性，根据包覆的物质，能够广泛地设计从例如抗原抗体反应这样的极其特异的传感器、至吸附较多种的被检体的聚合物这样的具有宽范围的选择性的传感器。另一方面，关于灵敏度，没有确定的方针，现状是未进行基于明确的方针的设计。近年来，对于检测施加于表面的应力这类传感器，如非专利文献1和2所述，报告了对受体物质的膜厚、杨氏模量等物理参数有较大的影响。具体而言，杨氏模量为一定时，在膜厚达到某值之前灵敏度上升，然后减少。由此，对于自组装单分子膜、DNA/RNA、蛋白质、抗原/抗体等而言，本来增加膜厚就困难，因此，不容易提高灵敏度。聚合物的情况下，增加膜厚是可能的，但是如上所述，存在溶解性的问题、耐候性的问题。基于如上所述的背景，仅针对有限种类的传感器存在用于控制、优化灵敏度和选择性的方针，但是同时满足该特性的最佳物质仍然未知，期待其发现和证实。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的课题在于，通过使用至今未被用作受体层物质的“多孔材料”或者“粒状材料”，提供一种具有使用现有物质未能得到的受控制的灵敏度和选择性、高耐久性的受体层及其制造方法。解决问题的技术方案根据本专利技术的一个实施方式，提供一种传感器，其将多孔材料或粒状材料包覆在检测物理参数的这类传感器主体上，根据因前述多孔材料或粒状材料吸附被检体分子而导致的前述物理参数的变化来检测前述被检体分子。其中，前述多孔材料或者粒状材料可以由无机物质构成。而且，前述无机物质可以是二氧化硅。而且，前述多孔材料或者粒状材料可以是平均孔径为1mm以下的多孔材料。而且，前述多孔材料的平均孔径可以是0.1nm以上且500nm以下。而且，前述二氧化硅可以是介孔二氧化硅。而且，前述多孔材料或粒状材料可以选自由无机材料、有机材料、无机有机混合材料、金属有机结构体、在结构中包含自组装的表面活性剂胶束的材料、纤维分散在塑料中而成的材料、碳材料、以及生物材料组成的组。另外，前述无机材料是选自由氧化物、氮化物、硫化物、金属、金组成的组的一种或多种材料、或者是含有以任意的比例对选自前述组的多种材料进行复合而成的物质的无机物；前述有机材料是在结构中具有能聚合的官能团作为主链、在侧链具有取代基的有机物；前述无机有机混合材料选自由以任意的比例将前述无机材料与有机材料进行复合而成的无机有机混合物组成的组；前述金属有机结构体选自由HKUST-1、IRMOF、MOF、ZIF、UIO、以及MIL组成的组；前述在结构中包含自组装的表面活性剂胶束的材料选自由在二氧化硅骨架中包含阳离子型表面活性剂的材料以及在金属骨架中包含嵌段共聚物的材料组成的组；纤维分散在塑料中而成的材料是纤维强化塑料；前述碳材料是将sp2碳原子作为骨架的物质；前述生物材料可以是从肽、蛋白质、酶、糖、脂质、以及蛋白质中选出的材料或者是选自肽、蛋白质、酶、糖、脂质、以及蛋白质的材料与前述无机材料的复合体。而且，前述无机材料以及前述无机有机混合材料的至少一种中的前述复合体可以是从由不均匀地接合成杰纳斯(Janus)粒子状的形态、核-壳状的形态、以及一种粒子内部分散有多个其他种类的粒子的形态组成的组中选出的形态。而且，前述有机物可以从由聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二乙烯基苯、聚异丙基丙烯酰胺、卟啉、在卟啉环中导入了取代基而得的化合物、以及具有过渡金属的卟啉金属络合物组成的组中选出。而且，前述多孔材料或者粒状材料的表面可以用一种或多种表面修饰基团修饰。而且，前述表面修饰基团中的至少一种表面修饰基团可以吸附前述被检体分子。而且，前述多种表面修饰基团中，第一表面修饰基团可以是疏水性的表面修饰基团，前述多种表面修饰基团中，与前述第一表面修饰基团不同的第二表面修饰基团可以是亲水性且比前述第一表面修饰基团短的表面修饰基团，由此，前述受体层的表面可以在宏观上是疏水性，但在微观上是亲水性。而且，前述第二表面修饰基团可以是氨丙基，前述第一表面修饰基团可以是链长比氨丙基更长的烷基。而且，在前述多孔材料或粒状材料的表面可以反复出现多种物质，前述多种物质可以分别被相互不同种类的前述表面修饰基团修饰。而且，前述多种物质可以至少是二氧化钛和二氧化硅。而且，前述多孔材料或粒状材料可以是纳米粒子。而且，前述物理参数可以是从表面应力、应力、力、表面张力、压力、质量、弹性、杨氏模量、泊松比、共振频率、频率、体积、厚度、粘度、密度、磁力、磁荷、磁场、磁通量、磁通量密度、电阻、电量、介电常数、电功率、电场、电荷、电流、电压、电位、迁移率、静电能、电容、电感、电抗、电纳、导纳、阻抗、电导、等离子激元(Plasmon)、折射率、光度以及温度中选出的至少一种。而且，前述传感器主体可以是表面应力传感器或QCM(石英晶体微天平，QuartzCrystalMicrobalance)。而且，在检测物理参数的这类传感器主体的表面上，可以原位置合成前述多孔材料。根据本专利技术的其他实施方式，可以设置传感器、以及覆盖前述传感器且液体分子不透过而至少一部分气体分子透过的膜，前述传感器的传感器表面与前述膜之间可以形成空隙。此处，前述膜可以是中空纤维膜或半透膜。而且，可以具有向前述空隙施加负压的机构。专利技术效果根据本专利技术，能够在检测表面应力、其他各种物理参数的这类传感器中同时实现使用现有的受体材料不能实现的灵敏度、选择性、耐久性。由此，能在各种温度、溶剂条件下实施气体中/液体中的测定。而且，能够容易地采用多孔材料或者粒状材料实施包覆，不需要特别的反应条件、装置等。附图说明图1是作为包覆传感器的多孔材料的实例的介孔二氧化硅薄膜(平均细孔孔径35nm)的扫描电子显微镜(SEM)图像。图2是表示利用包覆了多孔材料的带多孔受体层的膜型表面应力传感器进行的气体识别测定的实例的图。其是对于各种气体的传感器输出的主成分分析的结果。图3(a)是在将包覆了多孔材料的带多孔受体层的膜型表面应力传感器浸渍于液体的水和乙醇前(左)以及浸渍后(右)的光学显微镜照片；(b)是在将包覆了多孔材料的带多孔受体层的膜型表面应力传感器浸渍于液体的水以及乙醇前(左)以及浸渍后(右)，测定辛烷的蒸汽时的信号的实例。图4是表示在实施例2中用于粒状材料合成的装置构成的一个实例的图。图5是在实施例2中制造的粒状材料的SEM图像。图6是由实施例2的粒状材料包覆前后的膜型表面应力传感器(MSS)的光学显微镜图像。图7是表示使用实施例2的包覆了粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，其将多孔材料或粒状材料包覆在检测物理参数的这类传感器主体上，根据因前述多孔材料或粒状材料吸附被检体分子而导致的前述物理参数的变化，检测前述被检体分子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.27 JP 2015-013271;2015.05.15 JP 2015-100401.一种传感器，其将多孔材料或粒状材料包覆在检测物理参数的这类传感器主体上，根据因前述多孔材料或粒状材料吸附被检体分子而导致的前述物理参数的变化，检测前述被检体分子。2.如权利要求1所述的传感器，其中，前述多孔材料或粒状材料由无机物质构成。3.如权利要求2所述的传感器，其中，前述无机物质为二氧化硅。4.如权利要求1至3中任一项所述的表面应力传感器，其中，前述多孔材料或粒状材料是平均孔径为1mm以下的多孔材料。5.如权利要求4所述的传感器，其中，前述多孔材料的平均孔径为0.1nm以上且500nm以下。6.如权利要求3所述的传感器，其中，前述二氧化硅为介孔二氧化硅。7.如权利要求1所述的传感器，其中，前述多孔材料或粒状材料选自由无机材料、有机材料、无机有机混合材料、金属有机结构体、在结构中包含自组装的表面活性剂胶束的材料、纤维分散在塑料中而成的材料、碳材料、以及生物材料组成的组。8.如权利要求7所述的传感器，其中，前述无机材料是选自由氧化物、氮化物、硫化物、金属、金组成的组的一种或多种材料、或者是含有以任意的比例对选自前述组的多种材料进行复合而成的物质的无机物；前述有机材料是在结构中具有能聚合的官能团作为主链、在侧链具有取代基的有机物；前述无机有机混合材料选自由以任意的比例将前述无机材料与有机材料进行复合而成的无机有机混合物组成的组；前述金属有机结构体选自由HKUST-1、IRMOF、MOF、ZIF、UIO、以及MIL组成的组；前述在结构中包含自组装的表面活性剂胶束的材料选自由在二氧化硅骨架中包含阳离子型表面活性剂的材料以及在金属骨架中包含嵌段共聚物的材料组成的组；纤维分散在塑料中而成的材料是纤维强化塑料；前述碳材料是将sp2碳原子作为骨架的物质；前述生物材料是从肽、蛋白质、酶、糖、脂质、以及蛋白质中选出的材料、或者是选自肽、蛋白质、酶、糖、脂质、以及蛋白质的材料与前述无机材料的复合体。9.如权利要求8所述的传感器，其中，前述无机材料和前述无机有机混合材料的至少一种中的前述复合体是从由不均匀地接合成杰纳斯粒子状的形态、核-壳状的形态、以及一种粒子内部分散有多个其他种类的粒子的形态组成的组中选出的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴弘太，吉川元起，山内悠辅，铃木孝宗，今村岳，南皓辅，杨熙民，
申请(专利权)人：国立研究开发法人物质材料研究机构，
类型：发明
国别省市：日本,JP