[发明专利]石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法及其应用方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法及其应用方法，制备方法包含：将金属盐溶液加入氧化石墨烯溶液，调节混合溶液的pH后进行超声分散，将混合溶液在震荡仪上孵育4‑12h后用去离子水洗涤后再用去离子水分散得到金属离子诱导的氧化石墨烯自组装悬浊液，改变配置条件配置多份；将多份氧化石墨烯自组装悬浊液分别加到多位点叉形电极阵列的叉指上自然干燥后置于还原性蒸气中在60‑120℃还原3‑30min。提供的石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法实现了石墨烯材料在基底上的均匀装载，提供的电阻式气体传感阵列对单一气体、复杂气体具有识别能力，可用于疾病的初步诊断、个人健康监测及食品和公共安全监测。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法及其应用方法。

背景技术

人体呼出气被视为血液顶空气，可以反映个人整体性生理状况。对呼出气体的检测是一种完全非侵入式、且样本来源不受限的诊断方式，是传统生化检测(血检、尿检、切片、成像等)的潜在补充手段，可用于疾病初筛和个人健康管理等领域。早在1999年，Phillips等人就已经报道人体呼出气体中存在3000多种挥发性有机化合物，而这一数目仍在不断上涨中。在众多研究中，丙酮和异戊二烯是最普遍存在的两种内源性挥发性有机化合物。其中丙酮与葡萄糖代谢和脂类分解相关，异戊二烯的浓度则与胆固醇的生物合成相关。此外，呼出气体中的无机化合物也存在一些潜在生物标志物与人体代谢相关。比如氨气和硫化氢的浓度与体内含氮/硫化合物的代谢相关。然而，大多数疾病患者的呼出气体中并没有特定的生物标志物，但其呼出气的整体成分在分子水平上与健康个体之前存在较大差异，包括特定气体分子的种类、浓度和相对丰度。从这一角度而言，可以采用模式识别的方式对呼出气体进行分析从而来进行疾病的区分。以目前癌症致死率最高的肺癌为例，2012年Hossam Haick课题组对肺癌患者呼出气中的有机挥发物组成及其生化通路进行了综述，指出健康个体与病患的呼出气体中四类内源性有机挥发物存在差异，包括烃类(烷烃/支链烷烃/支链烯烃)、一级/二级醇、醛类/支链醛、酮类。

呼出气体中内源性有机、无机挥发性化合物的浓度在ppm(10^-6)、ppb(10^-9)甚至更低的水平，目前其分析方法可分为两大类。一种是基于大型设备的检测分析，如气质联用(GC-MS)、质子转移反应质谱(PTR-MS)、选择性离子流质谱(SIFT-MS)等。另一种是基于小型化设备的检测分析，如微型气相色谱、比色传感、电子鼻系统等。采用电子鼻系统开发便携、高经济效益的无创诊断平台用于呼吸道及全身性疾病的诊断是一项最有发展前景的体外诊断技术。电子鼻系统的核心元件是传感芯片。在众多电学型气体传感器中，电阻型气体传感器最有望应用于实际检测。然而已报导的高灵敏的电阻型气体传感器基本是基于半导体金属氧化物的高温传感器。这阻碍了它们在便携式消费电子产品中的应用。纳米材料具有显著的表面效应，其光电性质对表面吸附物质具有高度的敏感性，是低浓度气体的理想检测材料。石墨烯材料除具有纳米材料的特征，还具有电子传输能力强，能带可调，比表面积大及柔韧性高等特点，在气体传感上具有较大优势。除了对气体的高灵敏响应，在对于复杂气体的识别中还需要传感芯片对气体具有良好的选择性。单一传感元件往往不能满足这一需求。一个行之有效的策略是采用多种高灵敏的气敏材料、构建传感阵列实现交互式的响应，通过模式识别的方式来对不能组分的复杂气体进行识别、区分。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法及其应用方法，采用如下的技术方案：

一种石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法，包含以下步骤：

步骤一，将金属盐溶液加入氧化石墨烯溶液，调节混合溶液的pH值后进行超声分散，将混合溶液在震荡仪上孵育4-12h后用去离子水洗涤至中性，再用去离子水分散得到金属离子诱导的氧化石墨烯自组装悬浊液，改变所述金属盐溶液和所述氧化石墨烯溶液的比例或改变金属盐溶液的种类并重复以上过程配置多份所述氧化石墨烯自组装悬浊液，所述氧化石墨烯自组装悬浊液的份数与多位点叉形电极阵列的位点的个数相同；