[发明专利]改进的化学阻抗传感器

说明书

提供一种用于测量离子分析物在电解质溶液中的存在或含量的传感器。所述传感器包括：(i)在电绝缘基板上的两个导电电极，并且所述两个导电电极相隔距离L，其中L处于10nm与100μm之间；(ii)化学电阻器膜，其中所述化学电阻器膜的阻抗在存在离子分析物时发生改变；并且其中所述化学电阻器膜与所述电极接触；(iii)栅极电极，其由导电材料形成；(iv)电势发生器装置，其被配置来在所述栅极电极与所述化学电阻器膜之间施加电势差；(v)控制器，其选择性地控制所述电势发生器装置，以便将相对于所述化学电阻器膜的电势的正电势或负电势施加到所述栅极电极；以及(vi)电压装置，其适于在所述导电电极对之间施加电压信号，以便能够测量所述化学电阻器膜的电阻。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月21日提交的澳大利亚临时专利申请第2013900988号的优先权，所述申请的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于感测流体特性的化学传感器，更具体地，涉及利用能够检测液体环境中的离子分析物的化学电阻器材料的传感器。

背景技术

化学阻抗性材料是响应于与化学品的相互作用而改变它们的电阻的一类材料。具体地说，化学阻抗性材料通常包括被涂覆或悬浮在基本非导电材料中的特定导电物质的混合物。导电材料与非导电材料的比率是这样的，以使得可使用标准技术来测量所述材料电导或电阻。通常，非导电材料包括，但不限于有机材料如聚合物或自组装单分子层。通常被本领域技术人员所接受的是，这些化学阻抗性材料通过将化学物质吸附到有机材料中来起作用。这种吸附致使有机材料溶胀，随后增加导电颗粒之间的距离，从而致使化学阻抗性材料电阻增加。

用于测定气相或液相中分析物水平的化学电阻器和化学电阻器阵列在本领域中通过在存在特定分析物时测量化学阻抗性材料的电阻变化来完善地建立。实现这种化学电阻器的一种方法在于制备金纳米颗粒的薄膜，所述金纳米颗粒的薄膜涂有有机分子(化学阻抗性材料)，并且在任一端上带有两个电极。Wohltjen and Snow(Anal.Chem.,1998,70,2856)教导了具有基于金纳米颗粒材料的薄膜在有机蒸气(如在氮载气中的甲苯)下的暴露导致可逆膜溶胀。所述溶胀致使导电颗粒进一步移动分开，这导致化学电阻器的电阻增加。

也可使用多种材料作为化学电阻器的感测元件。例如，碳黑可混合有导电或非导电聚合物(Lonergan等人,Chem Mater.,1996,8,2298；Doleman等人,Anal.Chem.,1998,70,4177；Sotzing等人,Chem Mater.,2000,12,593)，并且沉积在两个电极之间，以便形成用于检测气体或蒸气的化学电阻器。另外，石墨烯(Schedin等人,Nat.Mater.,2007,6,652)和碳纳米管(Wang等人,J.Am,Chem.Soc.,2008,46,8394)作为在存在化学物质时可改变它们的导电性的材料近年来已经引起人们的兴趣。此类化学电阻器专用于分析物的气相或蒸气相检测。

Raguse等人的WO 2008/092210 Al教导了化学电阻器在电解质溶液中的使用。为了实现这种化学电阻器，设计了电极和化学阻抗性材料，以使得化学电阻器膜阻抗低于由与电解质溶液接触的整个电极表面的双层电容产生的阻抗。当暴露于溶解在电解质溶液中的甲苯、二氯甲烷或乙醇中时，纳米颗粒膜的电阻增加。