在基底上产生纳米颗粒薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及用于在基底上产生纳米颗粒薄膜的方法，还涉及基于这种纳米颗粒薄膜的传感器，并涉及其用途。本发明专利技术还涉及用于增强基于纳米颗粒薄膜的传感器的敏感性和／或选择性的方法。本发明专利技术还涉及用于使用所述薄膜或所述传感器来探测分析物或分析物混合物的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于，并涉及基于 这种纳米颗粒薄膜的传感器以及其使用。本专利技术还涉及增强基于纳米 颗粒薄膜的传感器的敏感性和/或选择性的方法。另外，本专利技术还涉及 用于使用所述薄膜或所述传感器来探测分析物或分析物混合物的方 法。
技术介绍
用于在液相(比如气体和蒸汽)中探测分析物的纳米复合化学电阻传感器(nanocomposite chemiresistor sensor)包括位于不导电介质 中的导电元件。作为导电元件可以使用金属纳米颗粒(比如Au、 Ag、 Pt)。该不导电元件典型地是有机材料，并且可以包括聚合物基体 (polymer matrix)，其中导电颗粒被分散或被分派(functionalize ) 有机分子，所述有机分子或者用作金属纳米颗粒的加帽配合基(capping ligand)，或者用于链接网络中的颗粒。这些传感器的运行原理包括测 量该薄膜电阻的由在分析物与复合材料之间的交互而引起的变化。这 些传感器的一种可能的应用是基于呼吸分析的非侵入性医疗诊断领 域，其中疾病生物标志(比如生物疏醇、二硫化物、胺、烷烃、烯烃、酮、酸、等)的痕量在存在明显湿度以及其他新陈代谢产物时应该被 探测到。在一些情况中，该分析物可以是与敏感材料进行可逆反应的挥发 性有机化合物(VOC)，比如属于以下类之一酒精、酮、醛、酯、 醚、酸、碱、或无机溶剂(比如水)。在这种情况中，i人为该化学电 阻对分析物的敏感性取决于复合材料在与该分析物交互时遭受容积和/ 或电容率变化的能力。该化学电阻的化学选择性取决于在纳米复合材 料的有机元件中特定功能性的存在。典型地，对这些化学电阻的VOC 分析物的探测界限处于百万分之几(ppm)浓度范围。另一方面，生物气态的或挥发性的分析物，象比如挥发性的含硫 有机化合物(VSC)、含氮有机化合物、或气体，诸如氨、氧化氮、 或氧化碳，还可以通过使用有机/无机纳米复合化学电阻传感器来探测。在多数情况中，在这些分析物与敏感材料之间的交互是完全不可逆的， 因为这显然基于的是该分析物至该导电颗粒表面的结合。因此，该传 感器对这些分析物的敏感性和选择性取决于导电颗粒的化学性质以及 在颗粒与围绕所述颗粒的有机介质之间的化学交互的强度。对于通过改变敏感层的成分和/或在导电的和不导电的薄膜元件之 间交互的强度来改善无机/有机复合化学电阻的敏感性和化学选择性， 已经进行了多种研究。EP1215485描述了 一种用于通过在链接剂(linker)分子中引入选 择性增强单元来制备高选择性纳米颗粒/有机链接传感器的方法。在选 择性增强功能性的附近引入附加的精调单元，可以实现选择性的精调。W09927357描述了基于硫醇封装的Au纳米颗粒薄膜的传感器， 其中该传感器的选择性通过向配合基壳引入功能性来修整，从而提供 吸附目标分析物的活性部位。US 6773926描述了化学电阻的使用，该化学电阻包含配合基加帽 的金属纳米颗粒用以在气相中探测硫醇。该感测机制基于分析物分子 对颗粒加帽配合基的置换。该过程需要在该分析物与金属颗粒表面之 间形成化学键。因此，该传感器对硫醇的敏感性受制于(i)在加帽配 合基与颗粒之间的化学键的强度或者(ii)配合基对颗粒的表面覆盖。US 6841391描述了人工嗅觉设备的使用,其基于的是配合基加帽 的金属颗粒的阵列用以探测多种医疗状况，包括口臭、牙周疾病或细 菌感染。通过引入单独的吸收单元，保证在存在呼吸湿度的情况下该 传感器对疾病生物标志的充分的敏感性和选择性，其中所述吸收单元 用于去除水并用于浓缩生物标志直到在混合物中达到可探测的浓度。用于增强基于纳米颗粒薄膜的传感器的敏感性或选择性的上述尝 试中的大多数基于的是在纳米颗粒薄膜中引入选择性/敏感性增强元 件，或者已集中于设计具有所期望的化学成分和功能性的新型有机材 料。然而所有这些方法都需要大量且复杂的化学合成工作。而且，并非所有的新型材料都可以应用于制造具有足够稳定性和恒定长期性能 的纳米颗粒薄膜/纳米复合材料。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是提供新的途径以改善基于纳米颗粒薄膜的 传感器的敏感性和选择性。本专利技术的另一目标是提供用于修整基于纳米颗粒薄膜的传感器(诸如化学电阻)的敏感性和选择性的简单而快 速的方法。本专利技术的又一目标是提供增强基于纳米颗粒薄膜的传感器的选择 性和敏感性的方法，其中该传感器并不依赖于对新型化合物或材料的 大量化学合成。本专利技术的目标通过用于在基底表面上制造纳米颗粒薄膜的方法而 得到解决，其中所述薄膜包括分布于所述表面上的纳米颗粒，所述纳分地:其包i ，所述不导电<^质比如是聚合物^体或有机链i剂分子或有机加帽配合基，所述方法包括以下步骤 -提供具有表面的基底，-优选地通过从逐层自组装、喷射、丝网印刷、沖压、刮片(doctor blading)和Langmuir-Blodgett技术中所选择的工艺，在所述基底的所 述表面上施加纳米颗粒薄膜，陽通过以下方式将结构不均匀性或不连续性有意地引入所述薄膜 -在所述基底的所述表面上以^45nm、优选^10nm的平均薄膜厚度施加所述薄膜，或者-在所述基底的图案化表面上施加所述薄膜，所述图案化表面具有将结构不均匀性或不连续性引入所述薄膜的图案。在一个实施例中，所述薄膜通过逐层自组装以^45nm、优选^10nm 的平均薄膜厚度而被施加。本专利技术目标还通过用于在基底表面上制造纳米颗粒的方法来解 决，尤其根据本专利技术，所述薄膜包含分布于所述表面上的纳米颗粒，至少部分地被其包围，比如聚合物基体或有机链接剂分子或有机加帽 配合基，所述方法包括以下步骤-以任何顺序提供具有表面的基底、纳米颗粒分散体以及包括不导 电的介质或能够产生不导电介质的成分，-交替地把所述基底浸没于所述纳米颗粒分散体中和所述成分中的 工艺，从而在所述基底上产生纳米颗粒薄膜。优选地，把所述基底交替地浸没于所述纳米颗粒分散体和所述成 分中的所述工艺被实施，使得由此所产生的所述薄膜具有^45nm、优选SlOnm的平均厚度。在一个实施例中，由此所产生的所述薄膜具有^41.5nm、优选 Sl3nm、更优选^10nm的平均厚度。在一个实施例中，交替浸没的所述工艺被执行n次，其中n是^15、 优选SIO、更优选^5的整数。在一个实施例中，所述基底另外还在所述表面上具有电极结构， 并且所述薄膜被施加，使得该薄膜接触所述电极结构，在所述基底的 所述表面上的所述纳米颗粒薄膜从而能够用作基于纳米颗粒薄膜的传 感器。本专利技术目标还通过用于增强分析物用的基于纳米颗粒薄膜的传感 器的敏感性和/或选择性的方法来解决，基于纳米颗粒薄膜的所述传感 器包含有具有表面的基底，其中该表面具有其上的电极结构和分布于 所述表面上的纳米颗粒，所述纳米颗粒至少部分地被嵌入在也位于所 述表面上的不导电介质中或至少部分地被其包围，比如聚合物基体或 有机链接剂分子或有机加帽配合基，基于纳米颗粒薄膜的所述传感器 可以通过把所述基底交替浸没于包含所述不导电介质或能够产生所述 不导电介质的成分中以及纳米颗粒的分散体中的工艺以及通过对所述 工艺执行所定义的次数n而获得，其中n是从l到50的整数，所述方 法包括以下步骤-通过把所述基底交替浸没于所述成分中和所述分散体中的所述工 艺而产本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在基底的表面上产生纳米颗粒薄膜的方法，所述薄膜包含分布于所述表面上的纳米颗粒，所述纳米颗粒至少部分地被嵌入到也位于所述表面上的不导电介质中或者或至少部分地被其围绕，诸如聚合物基体或有机链接剂分子或有机加帽配合基，所述方法包括以下步骤：　　－提供具有表面的基底，　－优选地通过从逐层自组装、喷射、丝网印刷、冲压、刮片和Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ技术中所选择的工艺，在所述基底的所述表面上施加纳米颗粒薄膜，　－通过以下方式，向所述薄膜中有意地引入结构不均匀 性或不连续性：　－在所述基底的所述表面上以≤４５ｎｍ、优选≤１０ｎｍ的平均薄膜厚度施加所述薄膜，或者　－在所述基底的图案化表面上施加所述薄膜，所述图案化表面具有图案，所述图案将结构不均匀性或不连续性引入所述薄膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N克拉斯特瓦，Y约瑟夫，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]