CN101021500A - 一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，采用如下步骤：在基板上，用真空溅射法或化学气相沉积法制成带有金焊盘的匙状金电极；以噻酚单体衍生物作为味敏层基础材料，掺杂十二烷基硫酸钠盐，采用电聚合法在匙状金电极上生长味敏层，烘干，在除味敏层以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有导电聚合物的味觉传感器。同现有技术比较，本发明的优点是：以噻酚单体衍生物作为味敏层基础材料，具有较高的灵敏度、常温下稳定；掺杂高分子量盐，可解决味敏层因渗漏而出现的味觉传感器失效问题；采用电聚合法生长味敏层，传感器重复性好。本味觉传感器可用于酸、甜、苦、成、鲜5种基本味道的检测识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种味觉传感器，特别涉及一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法。
背景技术
人的味觉是由味觉物质与舌头上味蕾细胞感受膜的物理、化学反应改变膜电位引起的，味觉大致可以分为酸、甜、苦、咸、鲜等5种基本味道。为了再现人的味觉功能，扩大应用场所和范围，需要对味觉进行仿生设计来实现具有“人工味觉”的传感器，即味觉传感器[1]。味觉传感器在食品饮料分析，废污水中重金属离子检测，药物的味道识别、成份分析等诸多领域有着广泛的应用。味觉传感器能够克服传统气味师的味觉疲劳问题或对受试者的毒副作用，能够改善传统生化分析仪、色谱仪和光谱仪操作繁琐、费时费力、仪器昂贵等弊端，对实现食品饮料、环保、医药等行业领域的实时在线检测、分析及监测具有重要的意义。
味觉传感器接触到待检测的味觉溶液时，传感器味敏层能吸收溶解在水中的物质，使传感器电极的电性质发生改变，测量这种改变就可以检测出不同浓度的不同味道。味觉传感器再现了人体由味觉物质引起的味蕾细胞感受器的膜电势的机理和与人的味觉感受方式相似的对味觉物质溶液的反应，具有良好的仿生效果和较高的分辨率。
目前，研究者大多采用脂质/高分子膜[2]、或高聚物[3]、或硫族化物玻璃(Chalcogenide glass)[4]、或普鲁士蓝[5]等材料制备味觉传感器。但是上述这些方法在制备味觉传感器时，大都存在味敏层成膜复杂、不易控制，膜的均匀一致性差，膜的亲水性差，用于液相环境长时间检测时味敏层容易失效[6]等问题，因此所制备的味觉传感器的选择性范围较广、重复再现性较差、以及稳定性不是很高。
近年来，由于导电聚合物具有较低的成本、较好的导电性和光热性、可方便地沉积在各种基片上、以及可与其它功能材料共聚或复合等优点，因而受到传感器研究者的青睐。已有学者采用导电聚合物单体掺杂低分子量盐FeCl3来制备味觉传感器，但是由于采用低分子量盐掺杂，用于液体测量时会发生渗漏导致味敏层电导率下降引起传感器失效[6，7]，另有研究者采用导电聚合物聚苯胺制备味觉传感器，但这种方法制备的味敏层在常温下稳定性欠佳[8]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，它选取噻吩单体衍生物作为味敏层基础材料，掺杂大分子量盐十二烷基硫酸钠盐，采用电聚合方法在金电极上生长味敏层制备味觉传感器。这种含有导电聚合物的味觉传感器与以往的味觉传感器相比具有更高的灵敏度、良好稳定性、以及更好的重复性。
一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，包括在基板1上制作匙状金电极2，在匙状金电极上制备味敏层3，制备金焊盘4，其特征在于采用如下步骤：
A)在Al203陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为100～300μm，金膜厚度为300nm～2μm，电极长度为15～40mm；
B)将导电聚合物噻吩单体衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP投放到乙腈、氯仿、苯任一种溶剂中溶解，再添加十二烷基硫酸钠盐水溶液形成混合溶液，混合溶液中3，3’-DPBTP的浓度为0.5～3M，十二烷基硫酸钠盐的浓度为0.1～1.5M，3，3’-DPBTP与十二烷基硫酸钠盐的摩尔比为1∶0.2～0.5；将两个金焊盘4焊接在一起，以匙状金电极2作为工作电极浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作为参比电极SCE，铂丝电极作为对电极，在电流为2mA，电位为1V vs.SCE条件下，作用时间为5分钟，在工作电极上电聚合形成味敏层3；取出工作电极，将两个金焊盘之间的焊接断开后，放置到烤箱中烘干，加热温度为70℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为200～2KΩ时停止加热；
C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有导电聚合物的味觉传感器。
噻吩单体衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP可用其他噻吩单体衍生物4，4’-二戊氧基-2，2’-并噻吩4，4’-DPBTP或3，4-乙烯基-二氧基噻吩EDOT代替。
上述Al2O3陶瓷基板可用玻璃、硅片等基板代替，匙状金电极可用叉指状金电极取代。
同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)以柔性导电聚合物噻酚单体衍生物作为味敏层基础材料，具有较好的可溶性、良好导电性、常温下稳定；2)掺杂高分子量盐，可避免以往导电聚合物单体掺杂低分子量盐用于液体检测时会渗漏导致味敏层电导率下降引起传感器失效的问题，具有更好的稳定性、更高的灵敏度；3)采用电聚合法生长导电聚合物味敏层，操作简单，可室温下进行，膜的厚度和面积易于控制，制得的传感器重复性好，这可克服以往味觉传感器味敏层制备方法复杂、不易控制，膜的均匀一致性差的缺点；4)本味觉传感器体积小，测量方法和电路简单，有利于实现人工味觉系统的微型化、集成化；5)制造工艺简单，生产成本低。
附图说明
图1为本发明的含有导电聚合物的味觉传感器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，其特征在于采用如下步骤：
A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为100μm，金膜厚度为2μm，电极长度为15mm；
B)将导电聚合物噻吩单体衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP投放到乙腈溶剂中溶解，再添加十二烷基硫酸钠盐水溶液形成混合溶液，混合溶液中3，3’-DPBTP的浓度为3M，十二烷基硫酸钠盐的浓度为1.5M，3，3’-DPBTP与十二烷基硫酸钠盐的摩尔比为1∶0.5；将两个金焊盘4焊接在一起，以匙状金电极2作为工作电极浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作为参比电极SCE，铂丝电极作为对电极，在电流为2mA，电位为1V vs.SCE条件下，作用时间为5分钟，在工作电极上电聚合形成味敏层3；取出工作电极，将两个金焊盘之间的焊接断开后，放置到烤箱中烘干，加热温度为70℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为200Ω时停止加热；
C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有导电聚合物的味觉传感器。
实施例2：
一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，其特征在于采用如下步骤：
A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为300μm，金膜厚度为300nm，电极长度为40mm；
B)将导电聚合物噻吩单体衍生物4，4’-二戊氧基-2，2’-并噻吩4，4’-DPBTP投放到氯仿溶剂中溶解，再添加十二烷基硫酸钠盐水溶液形成混合溶液，混合溶液中4，4’-DPBTP的浓度为0.5M，十二烷基硫酸钠盐的浓度为0.1M，4，4’-DPBTP与十二烷基硫酸钠盐的摩尔比为1∶0.2；将两个金焊盘4焊接在一起，以匙状金电极2作为工作电极浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作为参比电极SCE，铂丝电极作为对电极，在电流为2mA，电位为1V vs.SCE条件下，作用时间为5分钟，在工作电极上电聚合形成味敏层3；取出工作电极，将两个金焊盘之间的焊接断开后，放置到烤箱中烘干，加热温度为70℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为2KΩ时停止加热；
C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有导电聚合物的味觉传感器。
实施例3：
一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，其特征在于采用如下步骤：
A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为200μm，金膜厚度为1.2μm，电极长度为30mm；
B)将导电聚合物噻吩单体衍生物3，4-乙烯基-二氧基噻吩EDOT投放到苯溶剂中溶解，再添加十二烷基硫酸钠盐水溶液形成混合溶液，混合溶液中EDOT的浓度为2M，十二烷基硫酸钠盐的浓度为0.8M，EDOT与十二烷基硫酸钠盐的摩尔比为1∶0.4；将两个金焊盘4焊接在一起，以匙状金电极2作为工作电极浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作为参比电极SCE，铂丝电极作为对电极，在电流为2mA，电位为1V vs.SCE条件下，作用时间为5分钟，在工作电极上电聚合形成味敏层3；取出工作电极，将两个金焊盘之间的焊接断开后，放置到烤箱中烘干，加热温度为70℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为1.2KΩ时停止加热；
C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有导电聚合物的味觉传感器。
参考文献
[1].Toko K.A taste sensor. Meas.Sci.Techn.，1998，9：1919-1936
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[3].M.Ferreira，C.J.L.Constantino，A.Riul，H.C.Mattoso.Preparation，characterization and taste sensing properties of Langmuir-Blodgett Filmsfrom mixtures of polyaniline and a ruthenium complex.Polymer，2003，44：4205-4211
[4].Yu.G.Mourzina，J. Schubert，W.Zander，et al.，Development of multi-sensorsystems based on chalcogenide thin film chemical sensors for the simultaneousmulticomponent analysis of metal ions in complex solutions，Electrochimica Acta，2001，47：251-258
[5].Parra V，Hernando T，et al.Electrochimica Acta，2004，49：5177-5185
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Claims (3)
1.一种含有导电聚合物的味觉传感器的制备方法，包括在基板(1)上制作匙状金电极(2)，在匙状金电极上制备味敏层(3)，制备金焊盘(4)，其特征在于采用如下步骤：
A)在Al2O3陶瓷基板(1)上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘(4)的匙状金电极(2)，匙状金电极的电极间距为100～300μm，金膜厚度为300nm～2μm，电极长度为15～40mm；
B)将导电聚合物噻吩单体衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP投放到乙腈、氯仿、苯任一种溶剂中溶解，再添加十二烷基硫酸钠盐水溶液形成混合溶液，混合溶液中3，3’-DPBTP的浓度为0.5～3M，十二烷基硫酸钠盐的浓度为0.1～1.5M，3，3’-DPBTP与十二烷基硫酸钠盐的摩尔比为1∶0.2～0.5；将两个金焊盘(4)焊接在一起，以匙状金电极(2)作为工作电极浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作为参比电极SCE，铂丝电极作为对电极，在电流为2mA，电位为1V vs.SCE条件下，作用时间为5分钟，在工作电极上电聚合形成味敏层(3)；取出工作电极，将两个金焊盘之间的焊接断开后，放置到烤箱中烘干，加热温度为70℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为200～2KΩ时停止加热；
C)在基板(1)上除味敏层(3)以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有导电聚合物的味觉传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：噻吩单体衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP可用其他噻吩单体衍生物4，4’-二戊氧基-2，2’-并噻吩4，4’-DPBTP或3，4-乙烯基-二氧基噻吩EDOT代替。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：匙状金电极可用叉指状金电极取代。
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