專利名稱：一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種味覺傳感器，特別涉及一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法。
背景技術：
人的味覺是由味覺物質(zhì)與舌頭上味蕾細胞感受膜的物理、化學反應改變膜電位引起的，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，擴大應用場所和范圍，需要對味覺進行仿生設計來實現(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、成份分析等諸多領域有著廣泛的應用。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茉囌叩亩靖弊饔茫軌蚋纳苽鹘y(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，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[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[6]等問題，因此所制備的味覺傳感器的選擇性范圍較廣、重復再現(xiàn)性較差、以及穩(wěn)定性不是很高。
近年來，由于導電聚合物具有較低的成本、較好的導電性和光熱性、可方便地沉積在各種基片上、以及可與其它功能材料共聚或復合等優(yōu)點，因而受到傳感器研究者的青睞。已有學者采用導電聚合物單體摻雜低分子量鹽FeCl3來制備味覺傳感器，但是由于采用低分子量鹽摻雜，用于液體測量時會發(fā)生滲漏導致味敏層電導率下降引起傳感器失效[6，7]，另有研究者采用導電聚合物聚苯胺制備味覺傳感器，但這種方法制備的味敏層在常溫下穩(wěn)定性欠佳[8]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法，它選取噻吩單體衍生物作為味敏層基礎材料，摻雜大分子量鹽十二烷基硫酸鈉鹽，采用電聚合方法在金電極上生長味敏層制備味覺傳感器。這種含有導電聚合物的味覺傳感器與以往的味覺傳感器相比具有更高的靈敏度、良好穩(wěn)定性、以及更好的重復性。
一種含有導電聚合物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Al203陶瓷基板1上，用真空濺射法或者化學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)將導電聚合物噻吩單體衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP投放到乙腈、氯仿、苯任一種溶劑中溶解，再添加十二烷基硫酸鈉鹽水溶液形成混合溶液，混合溶液中3，3’-DPBTP的濃度為0.5～3M，十二烷基硫酸鈉鹽的濃度為0.1～1.5M，3，3’-DPBTP與十二烷基硫酸鈉鹽的摩爾比為1∶0.2～0.5；將兩個金焊盤4焊接在一起，以匙狀金電極2作為工作電極浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作為參比電極SCE，鉑絲電極作為對電極，在電流為2mA，電位為1V vs.SCE條件下，作用時間為5分鐘，在工作電極上電聚合形成味敏層3；取出工作電極，將兩個金焊盤之間的焊接斷開后，放置到烤箱中烘干，加熱溫度為70℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為200～2KΩ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，獲得含有導電聚合物的味覺傳感器。
噻吩單體衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP可用其他噻吩單體衍生物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，匙狀金電極可用叉指狀金電極取代。
同現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點1)以柔性導電聚合物噻酚單體衍生物作為味敏層基礎材料，具有較好的可溶性、良好導電性、常溫下穩(wěn)定；2)摻雜高分子量鹽，可避免以往導電聚合物單體摻雜低分子量鹽用于液體檢測時會滲漏導致味敏層電導率下降引起傳感器失效的問題，具有更好的穩(wěn)定性、更高的靈敏度；3)采用電聚合法生長導電聚合物味敏層，操作簡單，可室溫下進行，膜的厚度和面積易于控制，制得的傳感器重復性好，這可克服以往味覺傳感器味敏層制備方法復雜、不易控制，膜的均勻一致性差的缺點；4)本味覺傳感器體積小，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)明的含有導電聚合物的味覺傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例1一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法，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2μm，電極長度為15mm；B)將導電聚合物噻吩單體衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP投放到乙腈溶劑中溶解，再添加十二烷基硫酸鈉鹽水溶液形成混合溶液，混合溶液中3，3’-DPBTP的濃度為3M，十二烷基硫酸鈉鹽的濃度為1.5M，3，3’-DPBTP與十二烷基硫酸鈉鹽的摩爾比為1∶0.5；將兩個金焊盤4焊接在一起，以匙狀金電極2作為工作電極浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作為參比電極SCE，鉑絲電極作為對電極，在電流為2mA，電位為1V vs.SCE條件下，作用時間為5分鐘，在工作電極上電聚合形成味敏層3；取出工作電極，將兩個金焊盤之間的焊接斷開后，放置到烤箱中烘干，加熱溫度為70℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為200Ω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，獲得含有導電聚合物的味覺傳感器。
實施例2一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法，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300nm，電極長度為40mm；B)將導電聚合物噻吩單體衍生物4，4’-二戊氧基-2，2’-并噻吩4，4’-DPBTP投放到氯仿溶劑中溶解，再添加十二烷基硫酸鈉鹽水溶液形成混合溶液，混合溶液中4，4’-DPBTP的濃度為0.5M，十二烷基硫酸鈉鹽的濃度為0.1M，4，4’-DPBTP與十二烷基硫酸鈉鹽的摩爾比為1∶0.2；將兩個金焊盤4焊接在一起，以匙狀金電極2作為工作電極浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作為參比電極SCE，鉑絲電極作為對電極，在電流為2mA，電位為1V vs.SCE條件下，作用時間為5分鐘，在工作電極上電聚合形成味敏層3；取出工作電極，將兩個金焊盤之間的焊接斷開后，放置到烤箱中烘干，加熱溫度為70℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為2KΩ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，獲得含有導電聚合物的味覺傳感器。
實施例3一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法，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1.2μm，電極長度為30mm；B)將導電聚合物噻吩單體衍生物3，4-乙烯基-二氧基噻吩EDOT投放到苯溶劑中溶解，再添加十二烷基硫酸鈉鹽水溶液形成混合溶液，混合溶液中EDOT的濃度為2M，十二烷基硫酸鈉鹽的濃度為0.8M，EDOT與十二烷基硫酸鈉鹽的摩爾比為1∶0.4；將兩個金焊盤4焊接在一起，以匙狀金電極2作為工作電極浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作為參比電極SCE，鉑絲電極作為對電極，在電流為2mA，電位為1V vs.SCE條件下，作用時間為5分鐘，在工作電極上電聚合形成味敏層3；取出工作電極，將兩個金焊盤之間的焊接斷開后，放置到烤箱中烘干，加熱溫度為70℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為1.2KΩ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，獲得含有導電聚合物的味覺傳感器。
參考文獻[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 solutions，Electrochimica Acta，2001，47251-258[5].Parra V，Hernando T，et al.Electrochimica Acta，2004，495177-5185[6].G.Serra，R. Stella，D.De Rossi.Study of the influence of oxidizing salt onconducting polymer sensor properties，Material Science and Engineering C，1998，5259-263[7].A. Riul Jr，A.M Gallardo Soto，S.V Mello，et al.，An electronic tongue usingpolypyrrole and polyaniline，Synthetic Metals，2003，132109-116[8].M.Ferreira，K.Wohnrath，R.M.Torresi，C.J.L.Constantino，R.F. Aroca.Langmuir，2002，18540 -546.
權利要求
1.一種含有導電聚合物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)將導電聚合物噻吩單體衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP投放到乙腈、氯仿、苯任一種溶劑中溶解，再添加十二烷基硫酸鈉鹽水溶液形成混合溶液，混合溶液中3，3’-DPBTP的濃度為0.5～3M，十二烷基硫酸鈉鹽的濃度為0.1～1.5M，3，3’-DPBTP與十二烷基硫酸鈉鹽的摩爾比為1∶0.2～0.5；將兩個金焊盤(4)焊接在一起，以匙狀金電極(2)作為工作電極浸到混合溶液中，以Ag/AgCl作為參比電極SCE，鉑絲電極作為對電極，在電流為2mA，電位為1V vs.SCE條件下，作用時間為5分鐘，在工作電極上電聚合形成味敏層(3)；取出工作電極，將兩個金焊盤之間的焊接斷開后，放置到烤箱中烘干，加熱溫度為70℃，測得其在空氣中的穩(wěn)定直流電阻為200～2KΩ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，獲得含有導電聚合物的味覺傳感器。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于噻吩單體衍生物3，3’-二戊氧基-2，2’-并噻吩3，3’-DPBTP可用其他噻吩單體衍生物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.根據(jù)權利要求1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
一種含有導電聚合物的味覺傳感器的制備方法，采用如下步驟在基板上，用真空濺射法或化學氣相沉積法制成帶有金焊盤的匙狀金電極；以噻酚單體衍生物作為味敏層基礎材料，摻雜十二烷基硫酸鈉鹽，采用電聚合法在匙狀金電極上生長味敏層，烘干，在除味敏層以外的區(qū)域涂敷環(huán)氧樹脂，晾干，獲得含有導電聚合物的味覺傳感器。同現(xiàn)有技術比較，本發(fā)明的優(yōu)點是以噻酚單體衍生物作為味敏層基礎材料，具有較高的靈敏度、常溫下穩(wěn)定；摻雜高分子量鹽，可解決味敏層因滲漏而出現(xiàn)的味覺傳感器失效問題；采用電聚合法生長味敏層，傳感器重復性好。本味覺傳感器可用于酸、甜、苦、成、鮮5種基本味道的檢測識別。
文檔編號G01N27/00GK101021500SQ20071006767
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2007年3月29日
發(fā)明者郭希山, 王立人 申請人:浙江大學