專利名稱：一種含有水凝膠－碳納米管的味覺傳感器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種味覺傳感器，特別涉及一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法。
背景技術(shù)：
人的味覺是由味覺物質(zhì)與舌頭上味蕾細(xì)胞感受膜的物理、化學(xué)反應(yīng)改變膜電位引起的，味覺大致可以分為酸、甜、苦、咸、鮮等5種基本味道。為了再現(xiàn)人的味覺功能，擴大應(yīng)用場所和范圍，需要對味覺進(jìn)行仿生設(shè)計來實現(xiàn)具有“人工味覺”的傳感器，即味覺傳感器[1]。味覺傳感器在食品飲料分析，廢污水中重金屬離子檢測，藥物的味道識別、成份分析等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。味覺傳感器能夠克服傳統(tǒng)氣味師的味覺疲勞問題或?qū)κ茉囌叩亩靖弊饔?，能夠改善傳統(tǒng)生化分析儀、色譜儀和光譜儀操作繁瑣、費時費力、儀器昂貴等弊端，對實現(xiàn)食品飲料、環(huán)保、醫(yī)藥等行業(yè)領(lǐng)域的實時在線檢測、分析及監(jiān)測具有重要的意義。
味覺傳感器接觸到待檢測的味覺溶液時，傳感器味敏層能吸收溶解在水中的物質(zhì)，使傳感器電極的電性質(zhì)發(fā)生改變，測量這種改變就可以檢測出不同濃度的不同味道。味覺傳感器再現(xiàn)了人體由味覺物質(zhì)引起的味蕾細(xì)胞感受器的膜電勢的機理和與人的味覺感受方式相似的對味覺物質(zhì)溶液的反應(yīng)，具有良好的仿生效果和較高的分辨率。
目前，研究者大多采用脂質(zhì)/高分子膜[2]、或高聚物[3]、或硫族化物玻璃(Chalcogenide glass)[4]、或普魯士藍(lán)[5]等材料制備味覺傳感器。但是上述這些方法在制備味覺傳感器時，大都存在味敏層成膜復(fù)雜、不易控制，膜的均勻一致性差，膜的親水性差，用于液相環(huán)境長時間檢測時味敏層容易失效等問題，因此所制備的味覺傳感器的選擇性范圍較廣、重復(fù)再現(xiàn)性較差、以及穩(wěn)定性不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，它選取水凝膠聚丙烯胺PA、聚丙烯酸PAA及聚乙烯醇PVA作為味敏層基礎(chǔ)材料，摻雜碳納米管，采用直接滴加法在金電極上生長味敏層制備味覺傳感器。這種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器與以往的味覺傳感器相比具有較高的靈敏度、良好的選擇性和穩(wěn)定性。
一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為100～300μm，金膜厚度為300nm～2μm，電極長度為15～40mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為0.6～3g/ml，PA的濃度為0.2～1g/ml，PVA與PA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為3mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％-8％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中烘干，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為900Ω～8KΩ時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為100～300μm，金膜厚度為300nm～2μm，電極長度為15～40mm；
B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為0.6～3g/ml，PAA的濃度為0.2～1g/ml，PVA與PAA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PAA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為7mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PAA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～8％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取0.5μl的PVA-PAA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中加熱，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為300Ω～3kΩ時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
上述Al2O3陶瓷基板可用玻璃、硅片等基板代替，匙狀金電極可用叉指狀金電極取代。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點1)以水凝膠聚乙烯醇PVA作為味敏層基礎(chǔ)材料，分別添加帶電基團(tuán)不同的聚丙烯胺PA或聚丙烯酸PAA，它們對被分析液體有不同程度的靈敏度，并發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在液相環(huán)境中具有較好穩(wěn)定性；2)納米碳管添加到水凝膠后會導(dǎo)致水凝膠溶脹/收縮，這種作用改變了水凝膠高分子交聯(lián)三維網(wǎng)絡(luò)的介電物理特性，碳納米管大的比表面積可以增加味敏層對溶液成分的吸附能力從而提高傳感器靈敏度，其良好的介電性質(zhì)又可以“補償”水凝膠的電導(dǎo)率，從而改善傳感器的響應(yīng)；3)直接滴加法沉積味敏層，操作簡單，滴加量固定，膜的重復(fù)性好；4)能在室溫下工作，傳感器體積小，測量方法和電路簡單，有利于實現(xiàn)人工味覺系統(tǒng)的微型化、集成化；5)制造工藝簡單，生產(chǎn)成本低。


圖1為本發(fā)明的含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本味覺傳感器的味敏層表面形態(tài)的原子力顯微鏡AFM圖像，圖中凸起處為被水凝膠包覆的碳納米管。
實施例1一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為300μm，金膜厚度為2μm，電極長度為15mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為0.6g/ml，PA的濃度為0.2g/ml，PVA與PA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為3mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中烘干，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為8KΩ時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
實施例2一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為100μm，金膜厚度為300nm，電極長度為40mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為3g/ml，PA的濃度為1g/ml，PVA與PA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為3mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中烘干，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為900Ω時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
實施例3一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為200μm，金膜厚度為800nm，電極長度為30mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為1.8g/ml，PA的濃度為0.6g/ml，PVA與PA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為3mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中烘干，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為4.5KΩ時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
實施例4一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為300μm，金膜厚度為2μm，電極長度為15mm；
B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為0.6g/ml，PAA的濃度為0.2g/ml，PVA與PAA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PAA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為7mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PAA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PAA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中加熱，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為3kΩ時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
實施例5一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為100μm，金膜厚度為300nm，電極長度為40mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為3g/ml，PAA的濃度為1g/ml，PVA與PAA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PAA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為7mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PAA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PAA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中加熱，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為300Ω時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
實施例6一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板1上制作匙狀金電極2，在匙狀金電極上制備味敏層3，制備金焊盤4，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤4的匙狀金電極2，匙狀金電極的電極間距為200μm，金膜厚度為800nm，電極長度為30mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為1.8g/ml，PAA的濃度為0.6g/ml，PVA與PAA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PAA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為7mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PAA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PAA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極2上，形成味敏層3，放置到烤爐中加熱，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為1.7kΩ時停止加熱；C)在基板1上除味敏層3以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
參考文獻(xiàn)[1].Toko K.A taste sensor.Meas.Sci.Techn.，1998，91919-1936[2]. Patrik Ivarsson，Yukiko Kikkawa，F(xiàn)redrik Winquist，et al.，Comparison of avoltammetric electronic tongue and a lipid membrane taste sensor.Analytica ChimicaActa.2001，44959-68[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，2003，444205-4211[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 solutiohs，Electrochimica Acta，2001，47251-258[5].Parra V.Hernando T，et al. Electrochimica Acta，2004，495177-5185.
權(quán)利要求
1.一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板(1)上制作匙狀金電極(2)，在匙狀金電極上制備味敏層(3)，制備金焊盤(4)，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板(1)上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤(4)的匙狀金電極(2)，匙狀金電極的電極間距為100～300μm，金膜厚度為300nm～2μm，電極長度為15～40mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為0.6～3g/ml，PA的濃度為0.2～1g/ml，PVA與PA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為3mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～8％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極(2)上，形成味敏層(3)，放置到烤爐中烘干，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為900Ω～8KΩ時停止加熱；C)在基板(1)上除味敏層(3)以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
2.一種含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器的制備方法，包括在基板(1)上制作匙狀金電極(2)，在匙狀金電極上制備味敏層(3)，制備金焊盤(4)，其特征在于采用如下步驟A)在Al2O3陶瓷基板(1)上，用真空濺射法或者化學(xué)氣相沉積法制成帶有2個金焊盤(4)的匙狀金電極(2)，匙狀金電極的電極間距為100～300μm，金膜厚度為300nm～2μm，電極長度為15～40mm；B)將聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA分別投放到水溶液中，PVA的濃度為0.6～3g/ml，PAA的濃度為0.2～1g/ml，PVA與PAA的質(zhì)量比為3∶1；用磁力攪拌器水浴加熱，加熱溫度為60℃，至形成勻質(zhì)粘稠PVA-PAA液體止；將碳納米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的濃度為7mg/ml，并用超聲攪拌器降解10分鐘；取一定量CNT懸浮液添加到PVA-PAA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％～8％，再用超聲攪拌器攪拌20分鐘，用微移液器取1μl的PVA-PAA-CNT混合溶液直接滴加在匙狀金電極(2)上，形成味敏層(3)，放置到烤爐中加熱，加熱溫度為80℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為300Ω～3kΩ時停止加熱；C)在基板(1)上除味敏層(3)以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠-碳納米管的味覺傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于匙狀金電極可用叉指狀金電極取代。
全文摘要
一種含有水凝膠－碳納米管的味覺傳感器的制備方法，在基板上，用真空濺射法或化學(xué)氣相沉積法制成帶有金焊盤的匙狀金電極；以水凝膠PVA加PA，或PVA加PAA作為味敏層材料，摻雜碳納米管，采用直接滴加法在匙狀金電極上沉積味敏層，烘干，在除味敏層以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有水凝膠－碳納米管的味覺傳感器。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是以交聯(lián)性水凝膠作為味敏層材料，在液相環(huán)境中具有較好穩(wěn)定性；摻雜納米碳管，其大的比表面積和良好介電性質(zhì)可提高傳感器靈敏度；直接滴加法沉積味敏層，操作簡單，滴加量固定，膜的重復(fù)性好；傳感器體積小，測量方法簡單。本味覺傳感器可用于酸、甜、苦、咸、鮮5種基本味道的檢測識別。
文檔編號G01N27/00GK101021498SQ200710067659
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者郭希山, 潘敏, 王立人 申請人:浙江大學(xué)