CN109283088A - 一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗检测设备技术领域，特指一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法，二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管，二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管依次贴合固定，压电材料薄层基板形成用于测试电势差的空间区域、中间区域。可以实时高效检测碳同位素气体分子¹²CO₂和¹⁴CO₂的含量，且保证低功耗运行，吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂的能力相同，即相同质量的碳纳米管可以吸附的分子数一样，所以吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂引起的质量差仅是由于同位素的质量差，然后应用压电材料的压电效应来检测其微小质量变化引起的电势改变，从而达到检测¹²CO₂和¹⁴CO₂含量的目的。该设备可以提高检测灵敏度，便携，低成本。

Description

一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法

技术领域：

本发明涉及医疗检测设备技术领域，特指一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法。

背景技术：

幽门螺旋杆菌(下文中称其为“HP”)是引起慢性活动性胃炎、胃消化性溃疡甚至胃恶性肿瘤的重要致病因素，其通常存在于患者胃窦部黏液层。自HP发现、分离后，关于HP研究逐渐深入，目前我国普通人群HP感染率已达50％～60％，所以，建立一种无创性且能避免交叉感染的HP检测法十分重要。1988年Marshall和Surveyor建立了一种无创性¹⁴C-尿素呼气试验检测法。¹⁴C尿素呼气实验(¹⁴C-UBT)的原理是当¹⁴C标记的尿素摄入胃内时,如果胃内存在HP，则同位素标记的尿素在HP所含的尿素酶作用下,分解为氨和¹⁴CO₂，同位素标记的¹⁴CO₂肠道吸收后经呼气排出。因此通过分析呼气中¹⁴CO₂量即可判断胃内是否存在HP。

目前检验呼气样本，是用气体同位素质谱仪检测同位素标记¹⁴C的量即可判断是否感染HP。该种方法必须先用气体收集装置采集气体样本，再经过特定的测试¹⁴C含量的仪器测试和医生的检查，对呼气的分析和碳同位素含量进行测定。由于必须用到特定的仪器，比如，红外光度计或气质联用仪等，这些仪器都比较大型、占地面积大、成本高，而且只能定点检测，偏远地区的人们使用很不方便。此外，也有设计者通过碳纳米管的方法，提出了一种用于免疫层技术检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管法检测试剂材料，但该方法制作工艺复杂。如专利公开号：CN 204405674U、CN 2607950Y、CN 103278637B公开的技术。因此，急需设计一种结构简单便携、实时响应、体积小，且适用于家庭和个人的方便快捷的测试方法及器件。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法,本发明根据碳纳米管吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂的能力相同，即相同质量的碳纳米管可以吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂的分子数相同。所以采集被检者在摄入¹⁴C前后的气体样本，碳纳米管吸附两种气体样本时产生吸附质量的变化仅是因为碳的同位素质量不同引起的。因此可以通过检测碳纳米管吸附两种气体样本时的质量变化来测定呼气样本中¹²CO₂和¹⁴CO₂的比例，从而检测出被检者体内是否有幽门螺旋杆菌。然后要将微弱的质量变化转换为可以检测的信号，本发明选用压电材料的“压电效应”来检测质量变化，将微弱的质量变化会产生力的效果，从而通过压电材料的“压电效应”转换为可以检测的电信号。碳纳米管由于自重压在压电材料上表面时，相对的上下表面上会积累相反的电荷，从而产生电势差V1。碳纳米管吸附¹²CO₂后会引起碳纳米管层的质量增加，致使电势差也发生变化，产生新的电势差V2。吸附两种气体样本时会存在质量差同样会引起电势的变化V3，该变化值可以通过外接电压或电荷放大电路测的，或者可以直接通过电压表等设备测试。将¹²C和¹⁴C含量的不同比例转换成电信号的变化，通过电信号的变化来检测被检者体内是否含有幽门螺旋杆菌。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管，二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管依次贴合固定，压电材料薄层基板形成用于测试电势差的空间区域、中间区域。

所述的二氧化硅衬底为起支撑作用的硬绝缘材料。

所述的压电材料薄层为AlN薄膜材料。

一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法，其步骤：

①、二氧化硅层、碳纳米管，同时作为介电层，采用气相沉积工艺在压电材料薄层表面沉积一薄层二氧化硅；

②、通过湿法转移或者干法转移技术，将准备好的碳纳米管转移至二氧化硅层(3)的正上方；

③、在压电材料薄层侧面的一个角空间区域、中间区域旋涂光刻胶并对其进行光刻，做任意形状电极。

本发明有益效果为：本发明中的传感器包含二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管，二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管依次贴合固定，碳纳米管是检测碳同位素气体分子¹²CO₂和¹⁴CO₂的敏感层，压电材料薄层基板是用于测试吸附气体分子后质量改变从而引起的电势差变化。该传感器可以实时高效检测碳同位素气体分子¹²CO₂和¹⁴CO₂的含量，且保证低功耗运行。检测原理是碳纳米管吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂的能力相同，即相同质量相同结构的碳纳米管可以吸附的分子数一样，所以吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂引起的质量差仅是由于同位素的质量差，然后应用压电材料的压电效应来检测其微小质量变化引起的电势改变，从而达到检测¹²CO₂和¹⁴CO₂含量的目的。该设备可以提高检测灵敏度，便携，低成本。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构俯视图。

图3是本发明局部剖视图。

具体实施方式：

见图1、2、3所示：本发明采用如下技术方案，包括二氧化硅衬底1、压电材料薄层2、二氧化硅层3、碳纳米管4，二氧化硅衬底1、压电材料薄层2、二氧化硅层3、碳纳米管4依次贴合固定，压电材料薄层2基板形成用于测试电势差的空间区域5、中间区域6。

所述的二氧化硅衬底1为起支撑作用的硬绝缘材料。

所述的压电材料薄层2为AlN薄膜材料。

一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法，其步骤：

①、二氧化硅层3、碳纳米管4，同时作为介电层，采用气相沉积工艺在压电材料薄层2表面沉积一薄层二氧化硅；

②、通过湿法转移或者干法转移技术，将准备好的碳纳米管4转移至二氧化硅层(3)的正上方；

③、在压电材料薄层2侧面的一个角空间区域5、中间区域6旋涂光刻胶并对其进行光刻，做任意形状电极。

本发明的目的在于：

1、提供一种适用于微型化便携式的检测HP的压电传感器；

2、选用碳纳米管作为¹²CO₂和¹⁴CO₂的敏感材料，相同质量碳纳米管吸附不同气体样本时的质量差仅因为同位素的质量差；

3、使用压电陶瓷作为感应微小质量变化的敏感材料，可以检测微弱的质量变化，提高灵敏度；实现碳同位素含量测定和传感器的微型化便携式以及HP的实时高效检测。

可以实时高效检测碳同位素气体分子¹²CO₂和¹⁴CO₂的含量，且保证低功耗运行。二氧化碳敏感材料，吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂的能力相同，即相同质量的碳纳米管可以吸附的分子数一样，所以吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂引起的质量差仅是由于同位素的质量差。

检测使用压电材料，应用其压电效应可以检测微小质量变化，可以提高检测灵敏度。传感器整体结构包含二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管，二氧化硅衬底、压电材料薄层、二氧化硅层、碳纳米管依次贴合固定，碳纳米管是检测碳同位素气体分子¹²CO₂和¹⁴CO₂的敏感层，压电材料薄层基板是用于测试吸附气体分子后质量改变从而引起电势差的变化。该传感器可以实时高效检测碳同位素气体分子¹²CO₂和¹⁴CO₂的含量，且保证低功耗运行。检测原理是碳纳米管吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂的能力相同，即相同质量相同结构的的碳纳米管可以吸附的分子数一样，所以吸附¹²CO₂和¹⁴CO₂引起的质量差仅是由于同位素的质量差，然后应用压电材料的压电效应来检测其微小质量变化引起的电势改变，从而达到检测¹²CO₂和¹⁴CO₂含量的目的。该设备可以提高检测灵敏度，便携，低成本。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器，其包括二氧化硅衬底(1)、压电材料薄层(2)、二氧化硅层(3)、碳纳米管(4)，其特征在于：二氧化硅衬底(1)、压电材料薄层(2)、二氧化硅层(3)、碳纳米管(4)依次贴合固定，压电材料薄层(2)基板形成用于测试电势差的空间区域(5)、中间区域6。

2.根据权利要求1所述的一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器，其特征在于：所述的二氧化硅衬底(1)为起支撑作用的硬绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器，其特征在于：所述的压电材料薄层(2)为AlN薄膜材料。

4.根据权利要求1所述的一种检测幽门螺旋杆菌的碳纳米管传感器及其检测方法，其步骤：

①、二氧化硅层(3)、碳纳米管(4)，同时作为介电层，采用气相沉积工艺在压电材料薄层(2)表面沉积一薄层二氧化硅；

②、通过湿法转移或者干法转移技术，将准备好的碳纳米管(4)转移至二氧化硅层(3)的正上方；

③、在压电材料薄层(2)侧面的一个角空间区域(5)、中间区域6旋涂光刻胶并对其进行光刻，做任意形状电极。