光化学传感器及其最新进展
化学与生物传感器的发展与应用
化学与生物传感器的发展与应用在现代科学技术领域中，化学与生物传感器的发展与应用备受关注。
随着科技的不断进步，这些传感器已经成为了许多领域的重要工具，例如医疗保健、环境污染监测、食品饮料检测以及生命科学等领域。
在这篇文章中，我们将探讨化学与生物传感器的技术原理、发展历程以及现代应用。
一、化学传感器的技术原理化学传感器是一种能够通过化学反应来检测和测量化合物浓度的设备。
它们主要由传感器芯片、传感元件和信号输出等组成。
化学传感器的技术原理是基于化学物质的光学、电化学或热学性质，对化学物质进行测试和检测。
化学传感器主要通过固体电解质、导电聚合物或金属氧化物等敏感材料来识别分子。
这些敏感材料能够吸附特定分子，导致电子流的变化，进而产生电压信号。
因此，化学传感器的敏感材料起到了极为重要的作用。
二、生物传感器的技术原理生物传感器是将生物材料与电子、光学等技术结合，以检测生物分子或其他获得性目标的设备。
生物传感器采用离子传感器、抗体、DNA分子、细胞等生物元件来探测分子。
生物传感器主要分为免疫传感器和生物传导传感器两种。
生物传感器通过将生物元素与传感器合成，从而进行指定样品的分析和检测。
例如，一些蛋白质分析是在免疫传感器上进行的。
当生物分子与传感器反应时，传感器会发生变化并输出电信号。
这个过程也叫作转换，而输出信号则可以在显示屏上显示出来。
三、化学与生物传感器的发展历程化学传感器和生物传感器的发展历程可以追溯到20世纪初。
自20世纪50年代，一些人们开始进行更深入的研究和试验，才逐渐明确了目前化学与生物传感器的技术原理。
同时，在20世纪60年代，体外病毒检测和生命诊断标记也被发明。
进入21世纪后，传感器技术已经达到了一个新的台阶。
生物传感器采用了现代快速DNA测序技术的发展，例如单分子DNA方法和Nanopore测序。
现代化学传感器通常具有更高的灵敏度和特异性，已成为环境污染监测、医药保健、饮食安全以及生命科学等领域的重要工具。
光电化学传感器的应用研究进展
光电化学传感器的应用研究进展光电化学传感器是一种利用光电化学原理实现物质检测和分析的传感器技术。
该技术结合了光学、电化学和材料科学的优点，具有高灵敏度、高选择性、高稳定性和易于操作等优势。
在环境监测、生物医学、食品安全和工业生产等领域有着广泛的应用前景。
在环境监测领域，光电化学传感器可用于检测大气污染物、水体污染物、土壤污染物等。
例如，通过改变传感器表面材料的光敏性能，可以实现对特定污染物的高选择性检测。
研究人员通过设计合成具有特定结构和功能的纳米材料，实现了对重金属离子、有机物和气体等多种污染物的快速检测和定量分析。
此外，光电化学传感器还可以与微流控技术结合，实现自动化和高通量的环境监测。
在生物医学领域，光电化学传感器可用于细胞分析、病原体检测、生物标记物监测等。
例如，一种基于光电化学传感器的DNA纳米装置可以实现对特定DNA序列的高灵敏度和高选择性检测。
研究人员还利用光电化学传感器开发了可植入式传感器，用于监测人体内重要生理参数如血红蛋白浓度、血糖水平等。
此外，光电化学传感器还可以用于药物筛选和治疗监测等领域，为个性化医疗提供新的工具和方法。
在食品安全领域，光电化学传感器可用于检测食品中的污染物、添加剂和毒素等。
例如，研究人员利用光电化学传感器开发了一种快速检测食品中致病菌的方法，能够在数分钟内检测出食品中的沙门氏菌、大肠杆菌等致病菌。
光电化学传感器还可以与微流控技术和纳米材料结合，实现对食品中微量残留农药和添加剂的检测。
这些研究成果为食品安全监管和食品质量控制提供了重要的工具和方法。
在工业生产领域，光电化学传感器可用于过程监测、质量控制和污染源追踪等。
例如，通过对废水中污染物的光电化学反应进行在线监测，可以实现对废水处理过程的实时监控和优化。
光电化学传感器还可以用于气体传感，实现对工业生产过程中有害气体的快速检测和实时监测。
此外，利用光电化学传感器的高选择性和灵敏度，还可以对工业生产过程中的细微变化进行监测和分析，提高生产效率和产品质量。
化学传感器技术的应用前景
化学传感器技术的应用前景随着科技的不断进步，化学传感器技术也在不断地得到发展和应用。
化学传感器技术是指利用化学分析方法来实现对某种物质的检测和诊断，其广泛应用于环境监测、生命科学、医疗诊断、食品安全等领域。
一、环境监测化学传感器技术在环境监测方面有着广泛的应用。
例如，大气污染检测，现在已经出现了一种名为电化学气体传感器的技术，它可以实时监测气体中的有毒有害物质，例如苯、二氧化氮、氢气等，从而帮助我们减少空气污染的程度，维护我们的健康。
二、生命科学化学传感器技术在生命科学领域也有着广泛的应用。
例如，血糖检测，人们熟知的血糖仪是利用了电化学传感器的技术。
这种技术可以依据生物反应来实现对血糖浓度的检测，其精度和稳定性都大大超过了传统的检测方法，可以让患者在家里便捷地完成血糖检测，有助于患者及时发现体内糖尿病病情，有效改善其生活方式，预防疾病进一步恶化。
三、医疗诊断化学传感器技术在医疗诊断领域也有着广泛的应用。
例如，癌症早期诊断，之前医生们只能通过画线、切片等方式确定是否存在肿瘤，这种方法既粗糙又痛苦。
现在，根据人体内分泌物质的特征，通过传感器技术可以实现精准的诊断结果，可以尽早地发现癌症的危险性。
四、食品安全化学传感器技术在食品安全领域也有着广泛的应用。
例如，通常我们从商店里买回来的食品可能会存在不同程度的添加物和质量问题，而通过传感器技术对食品进行检测，可以有效地确认食品存在的问题，并避免患者的不必要的健康风险。
总之，化学传感器技术是现代科技进步的成果之一，它已经深入到了我们的生活中，极大地改善了我们的生活方式和健康程度，并且化学传感器技术未来还将在更多的应用领域得到发展和应用，为人们的生活带来更加美好的未来。
光电传感器技术的发展趋势与应用前景
光电传感器技术的发展趋势与应用前景概述：光电传感器作为一种能够将光信号转化为可量化的电信号的设备，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和创新，光电传感器技术也不断得到发展。
本文将探讨光电传感器技术的发展趋势以及其在各个领域的应用前景。
发展趋势：1. 微型化和集成化：随着科技的进步，光电传感器的体积越来越小，功能越来越强大。
尤其是在无线通信、医疗设备以及智能家居等领域，对微型化和集成化光电传感器的需求越来越大。
2. 高灵敏度和高精度：随着科技的进步，对光电传感器的灵敏度和精度要求越来越高。
光电传感器的灵敏度和精度的提高，可以帮助我们更好地探测环境中微弱的光信号，并将这些信号转化为可处理的电信号。
3. 多功能化和智能化：随着科技的进步，光电传感器不再仅仅局限于单一的功能。
越来越多的光电传感器具备多种功能，如温度感应、湿度感应、气体检测等。
同时，智能化的光电传感器能够根据环境的不同自动调整参数，提高传感器的性能和可靠性。
4. 新型材料和新技术的应用：新型材料和新技术的应用将进一步推动光电传感器技术的发展。
例如，纳米材料在光电传感器中的应用可以提高灵敏度和响应速度。
此外，新技术如光子晶体、光纤传感等也将为光电传感器的发展带来新的突破。
应用前景：1. 工业应用：在工业领域，光电传感器广泛应用于自动化生产线中，能够实现对物体的检测和定位。
光电传感器可以通过光电束确定物体的位置和形状，并起到精准测量的作用。
此外，在智能制造和机器人领域，光电传感器也有着广阔的应用前景。
2. 生物医学应用：光电传感器在生物医学领域的应用前景巨大。
例如，通过光电传感器可以对血液中的葡萄糖浓度进行监测，从而实现糖尿病患者的实时监测和管理。
此外，光电传感器还可以应用于医疗成像、生物分析等领域，为医学诊断和治疗提供支持。
3. 环境监测与节能应用：随着人们对环境保护和节能减排的重视，光电传感器在环境监测与节能领域的应用前景不断扩大。
光电传感器可以用于空气质量监测、污水处理、能源管理等方面，实现对环境的准确监测和管理，并为节能减排提供解决方案。
超分子化学应用于化学传感器研究
超分子化学应用于化学传感器研究一、引言超分子化学是近年来快速发展的一门交叉学科，它研究的是分子间的非共价相互作用，比如氢键、范德华力、离子对、π-π堆积等。
化学传感器是一种能够感知化学或生物学环境变化并输出响应信号的装置，近年来得到了广泛的应用。
超分子化学与化学传感器的结合，已成为当前研究的热点之一，本文将围绕这一主题展开讨论。
二、超分子化学在化学传感器中的应用1. 电化学传感器电化学传感器是一种能够将化学信号转化为电信号的传感器。
超分子化学在电化学传感器中的应用主要体现为通过设计合适的超分子识别单元，使传感器对特定分子有选择性的感知能力。
例如，一些金属有机框架材料可以识别有机小分子，这些材料具有特定的孔径结构，在与有机小分子作用后，会发生电化学信号的变化，从而实现对分子的检测。
2. 光化学传感器光化学传感器是一种能够将化学信号转化为光信号的传感器。
超分子化学在光化学传感器中的应用主要体现为设计合适的超分子结构，实现对特定物质的光学响应。
例如，一些荧光探针通过与特定的靶分子发生作用后会发生荧光信号的变化，从而实现对分子的检测。
超分子化学中的离子对、π-π堆积等非共价相互作用在荧光探针的设计中发挥着重要的作用。
3. 生物传感器生物传感器是一种能够对生物样品中特定生物分子进行检测的传感器。
超分子化学在生物传感器中的应用主要体现为通过设计合适的超分子识别单元，使传感器对特定生物分子有选择性的感知能力。
例如，一些树突状分子可以通过特定结构域与DNA分子进行选择性识别，并发生变化，从而实现对DNA分子的检测。
三、超分子化学在化学传感器中的挑战与展望尽管超分子化学在化学传感器中的应用已经取得了一些重要的进展，但仍存在着一些挑战。
一个重要的问题是如何合理设计超分子识别单元，提高传感器的选择性和灵敏度。
此外，传感器的实时性、稳定性也是需要解决的问题。
因此，未来的工作需要围绕这些问题进行深入研究。
除此之外，随着纳米科技的发展，我们可以期待更多的纳米材料用于化学传感器的构建。
光电化学传感器的设计与应用
光电化学传感器的设计与应用光电化学传感器是一种利用光和电化学原理相结合的传感器，可以实现对目标物质的快速、灵敏和准确检测。
它的设计原理是基于物质的光电化学特性，结合适当的光源和电化学传感器构件，实现对特定离子、分子或化合物的检测。
在各种领域中得到广泛的应用，如环境监测、生物医学、食品安全等。
光电化学传感器的设计需要考虑许多因素，包括传感器元件的选择、光源的特性、传感器的灵敏度、响应时间等。
首先，传感器元件的选择是至关重要的，不同的目标物质需要选择对应的工作电极或敏感膜来实现目标物质的选择性识别。
其次，光源的特性也至关重要，不同的光源可以影响传感器的检测范围和灵敏度。
此外，传感器的灵敏度和响应时间也需要进行优化设计，以满足实际应用中对目标物质检测的需求。
在环境监测领域，光电化学传感器可以实现对环境中有害气体或重金属离子的快速监测。
例如，利用光电化学传感器可以实现对二氧化硫、甲醛、氨气等有害气体的监测，从而保障环境和人类健康。
在生物医学领域，光电化学传感器可以实现对生物分子或细胞的定量检测，用于疾病诊断、药物筛选等方面。
在食品安全领域，光电化学传感器可以实现对食品中有害物质的快速检测，从而保障食品安全。
随着科技的不断进步，光电化学传感器在设计和应用上也在不断创新。
新型材料的引入、传感器结构的优化、信号处理技术的提升等方面都为光电化学传感器的发展带来了新的机遇和挑战。
未来，光电化学传感器将继续在各个领域中发挥重要作用，为人类的生活和健康提供更加可靠的保障。
总的来说，光电化学传感器的设计与应用是一项具有广泛应用前景的技术，通过不断的创新和发展，将为人类社会带来更多的益处。
希望在未来的研究和实践中，能够进一步完善光电化学传感器的设计和应用，为社会发展做出更大的贡献。
传感器在化学分析中的应用
传感器在化学分析中的应用随着科技的不断发展，传感器在各个领域的应用越来越广泛，其中在化学分析领域的应用尤为重要。
传感器通过感知、转换和传递化学信息，能够准确、快速地检测和分析样品中的化学成分。
本文将介绍传感器在化学分析中的应用，并探讨其现有的优势和潜在的发展方向。
一、传感器在化学分析中的原理传感器是一种能够感知信息并将其转换为可读形式的装置。
在化学分析中，传感器通过与待测物质产生特定的相互作用，将待测物质的性质转化为电信号或光信号，进而定量或定性地分析样品中的化学成分。
常见的传感器原理包括电化学传感器、光学传感器和生物传感器等。
电化学传感器是基于待测物质与电极之间的电荷传递过程来实现信号转换的。
常见的电化学传感器包括离子选择性电极、pH电极和氧气传感器等。
光学传感器则利用待测物质的光学性质，如吸收、荧光和散射等，与光信号的变化进行关联分析。
生物传感器则利用生物分子与待测物质之间的特异性相互作用，通过生物分子的变化产生信号。
二、传感器在化学分析中的应用领域1. 环境监测：传感器在环境监测领域的应用十分广泛。
通过检测大气中的有害气体、水体中的污染物和土壤中的重金属等物质，传感器可以提供准确的环境数据，并对环境污染进行实时监测和预警。
2. 食品安全：传感器在食品安全领域的应用可以追踪和检测食品中的污染物。
传感器可以快速检测食品中的农药残留、重金属和致病菌等有害物质，确保食品的质量和安全。
3. 医学诊断：传感器在医学诊断中的应用可以帮助医生进行疾病的早期诊断和监测。
例如，血糖传感器可以实时监测糖尿病患者的血糖水平；生物传感器可以检测血液中的生物标志物，用于疾病的诊断和治疗监测。
4. 工业控制：传感器在工业领域中广泛应用于生产过程的监测和控制。
例如，传感器可以监测和调节化工过程中的温度、压力和流量等参数，确保产品质量和生产效率。
三、传感器在化学分析中的优势和潜在发展方向传感器在化学分析中具有以下优势：1. 快速准确：传感器可以实时、准确地检测化学成分，避免了传统分析方法中繁琐的样品制备和分析步骤。
化学传感器的研究背景及发展趋势
引言化学传感器（Chemical sensor）是由化学敏感层和物理转换器结合而成的，是能提供化学组成的直接信息的传感器件。
它用来某种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测来进行化学测量。
化学传感器在生产流程分析、环境污染监测、矿产资源的探测、气象观测和遥测、工业自动化、医学上远距离诊断和实时监测、农业上生鲜保存和鱼群探测、防盗、安全报警和节能等多个方面有重要应用。
对化学传感器的研究是近年来由化学、生物学、电学、热学微电子技术、薄膜技术等多学科互相渗透和结合而形成的一门新兴学科。
化学传感器的历史并不长，但世界各国对这门新学科的开发研究，投以大量的人力、物力和财力。
研究人员俱增，正在向产业化方面开展有效的工作。
化学传感器是当今传感器领域中最活跃最有成效的领域。
化学传感器的重要意义在于可把化学组分及其含量直接转化为模拟量(电信号)，通常具有体积小、灵敏度高、测量范围宽、价格低廉，易于实现自动化测量和在线或原位连续检测等特点。
国内外科研人员很早就致力于研究化学传感器的检测方法和控制方法,研制各式各样的化学传感器分析仪器,并广泛应用于环境监测、生产过程中的监控及气体成分分析、气体泄漏报警等。
第一章化学传感器的研究背景1.1 化学传感器的产生与发展阶段1906年Cremer首次发现了玻璃膜电极的氢离子选择性应答现象。
随着研究的不断深入，1930年，使用玻璃薄膜的pH值传感器进人了实用化阶段。
以后直至1960年，化学传感器的研究进展十分缓慢。
1961年，Pungor发现了卤化银薄膜的离子选择性应答现象，1962年，日本学者清山发现了氧化锌对可燃性气体的选择性应答现象，这一切都为气体传感器的应用研究开辟了道路。
真正意义上的化学传感器的发展可分为两个阶段，在60年代和70年代,化学传感器家族的主要成员是离子选择电极。
从60年代中期氟离子电极的研制开始,一系列固膜电极和聚氯乙烯（PVC）膜电极相继出现,应用涉及化学、生物、医学、工业、农业、海洋、地质、气象、国防、公安、环保、宇航等各个领域,可谓盛行一时。
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文章编号:100525630(2004)0420057205光化学传感器及其最新进展Ξ徐艳平,顾铮先,陈家璧(上海理工大学光电功能薄膜实验室,上海200093) 摘要:从传感器材料、检测方法及传感器结构几方面,围绕光化学传感器的灵敏度、选择性和稳定性展开讨论,总结了光化学传感器近年来的最新进展,并对其今后的发展方向做出展望。
关键词:光化学传感器;光纤传感器;表面等离子体激元共振中图分类号:T P 212.14 文献标识码:ARecen t develop m en ts of optica l che m ica l sen sorsX U Y an 2p ing ,GU ZH eng 2x ian ,CH EN J ia 2bi(L abo rato ry of Pho to 2electric Functi onal F il m s ,U niversity of Shanghai fo r Science and Techno logy ,Shanghai 200093,China ) Abstract :T he state 2of 2the 2art of op tical chem ical sen so rs is stated in th is p ap er abou t sen so rm aterials ,detecti on m ethods and sen so r structu res.T he p rop erties of op tical chem ical sen so rs such as sen sitivity ,selectivity and stab ility are discu ssed .Fu tu re p ro sp ects of op tical chem ical sen so rs are discu ssed .Key words :op tical chem ical sen so rs ;fiber op tic sen so rs ;su rface p las m on resonance1 引 言光化学传感器是利用敏感层与被测物质相互作用前后物理、化学性质的改变而引起的传播光诸特性的变化检测物质的一类传感器[1]。
光化学传感器与其它原理的传感器相比,具有安全性好、可远距离检测、分辨力高、工作温度低、耗用功率低、可连续实时监控、易转换成电信号等优点。
随着光纤技术及光集成技术的迅猛发展,光化学传感器引起了人们的极大关注,并且已经广泛地应用于工业、环境、生物医学的检测中[2]。
现首先总结了无机材料(氧化物半导体)和有机材料的应用,并介绍了溶胶凝胶工艺制备光化学传感器敏感材料方面的最新进展以及生物敏感材料。
其次介绍了光谱法、干涉法、表面等离子体激元共振(su rface p las m on resonance ,SPR )等传感器检测方法的最新进展。
最后对今后光化学传感器的发展做出展望。
2 传感器材料敏感材料作为光化学传感器的重要组成部分,将直接影响传感器的各种性能,如稳定性、选择性、灵敏度和响应时间。
现在研究最多的是氧化物半导体、有机半导体材料、生物识别材料等。
现将从无机材料、有第26卷 第4期2004年8月 光 学 仪 器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .26,N o.4A ugu st,2004Ξ收稿日期:2003209211基金项目:上海市曙光计划资助项目(02SG 01),上海市科技发展基金资助项目(01F 032)作者简介:徐艳平(19772),男,山东烟台人,在读博士生,主要从事光电功能薄膜及其传感器、光电精密测量与工程方面的研究。
机材料、溶胶凝胶材料、生物敏感材料几方面介绍光化学传感器敏感材料。
2.1 无机材料氧化物半导体是最常见的气敏材料。
氧化物半导体材料对光、热、压力、磁场、辐射、湿度、气体、离子等都很敏感,并能以电信号的形式输出。
目前传感器的发展趋势是微型化、集成化、多功能化,而半导体工艺技术在制作传感器上又有独到之处,因此半导体传感器将在传感器领域中占有越来越重要的地位。
早在30年代,人们发现氧化物半导体与O 2、CO 2等气体接触时,其电导率与功率函数发生变化的现象,直到60年代才利用这些半导体表面效应进行气体成分的检测。
1988年,郑顺旋和Gh i o tti G 发现:SnO 2接触还原性气体后,光透射率和反射率随周围气体性质及浓度而变化。
由于氧化物半导体的电导与介电常数、折射率之间的内在联系,因此人们将目光从“气敏—电导”型气敏传感器转向“气敏—光学”传感特性的研究。
由此开始了金属氧化物半导体的光化学传感器研究。
Si O 2是目前化学气体传感器中应用最广泛的基体材料。
其传感机制基于检测气体引起的晶界的位垒变化。
Ga 2O 3与Si O 2完全不同,其传感机制基于检测载流子迁移率变化,这样使得Ga 2O 3的电导率变化易再现且稳定性周期长。
在Ga 2O 3薄膜表面沉积一层表面改性的In 2O 3膜后,对臭氧气体检测的灵敏度和选择性明显提高,尤其是在600℃时达到最大值30pp b 。
沸石(Zeo lites )是一种一维、二维或三维孔状结晶氧化物。
由于巨大的表面积以及可变的亲水性和疏水性,使得它们可以有选择性地吸附小分子,因此非常适合于化学传感方面的应用,如纳米沸石薄膜已经用在石英晶体微量天平上[3]。
多孔硅材料在NO 2气体检测方面也具有突出的优点,在干燥空气中可检测出12pp b 的NO 2,在潮湿的空气中则可检测出50pp b 的NO 2气体[4]。
2.2 有机材料有机气敏材料有酞菁、卟啉、卟吩及它们的衍生物等。
由于它们具有环状共轭结构而具有半导体性质,吸附的气体与有机半导体之间产生电子授受关系,故通过检测因气体与有机半导体相互作用导致的光学性质的变化,即可检测气体分子存在的信息;有机分子的修饰或改性比较容易,对材料的光电性能的调节、气体(或被测分子)选择性的提高、以及加工性能的改善等方面均表现出明显的优势,因此有机半导体研究及相应敏感器件的开发倍受关注。
有机半导体气敏器件获得高灵敏度和响应时间的关键主要取决于能否获得均匀整齐排列的有机分子薄膜层。
LB 膜(langm u ir 2b lodgett )是一种超薄有机薄膜,LB 技术是几种在分子水平上制备超薄膜的先进技术之一,它适用于设计新型功能材料或构筑器件结构,现已较好地应用于气体传感器中。
与其它成膜技术相比,LB 膜具有其固有的特点:可在分子尺度上设计薄层结构,所以可精确控制膜厚;在膜层内分子呈二维有序排列,因此在用于气体探测时,薄膜的超薄性应该导致敏感层电学和光学参数的最大变化;膜层内分子的有序排列和良好的重复性可使响应时间缩短。
偶氮染料是一种非常有效的检测NO 2气体的材料,利用LB 技术将小分子偶氮材料附到聚硅氧烷链中,制成约Κ 4厚的薄膜,其响应速度可达到几十秒,灵敏度高达90pp b [3]。
当化学敏感材料对光纤覆层进行改性后,覆层材料的光吸收系数和折射率将发生变化,对化学物质的检测将更加灵敏。
Yuan J M 等用聚苯胺取代光纤的一部分覆层,制成了简单的、灵敏的、低成本的光纤传感器。
当光纤暴露在化学物质如氨气和HC l 气体中时,聚苯胺将与化学物质发生反应,其光吸收系数和折射率将发生变化。
例如暴露在氨气中时折射率是1.94,而暴露在HC l 气体中时折射率变化到2.43[5]。
利用各种技术,LB 薄膜气体传感器已具有足够的探测灵敏度,然而至今采用的LB 膜材料大多局限于探测几种电子受体型气体种类。
因此,拓宽敏感探测材料,提高材料的稳定性和可靠性,设计与合成新的化合物、开发图形识别方法可能是今后研究开发中考虑的重点。
2.3 溶胶凝胶材料溶胶凝胶工艺因其工艺过程的灵活性、多变性,特别是能在低温下将化学和生物试剂包埋在无机或有机、无机(二氧化硅)复合材料形成的玻璃态材料中而成为一种简单地制备光化学传感器敏感材料的技术[1]。
目前该工艺的研究热点是利用有机、无机复合材料制备具有奇特物理、化学性能的新颖的多孔材・85・ 光 学 仪 器第26卷料[6]。
根据聚合物及其与无机组分的相互作用类型,其制备方法主要有:(1)直接将可溶性聚合物嵌入无机网络;(2)通过共价键作用将聚合物嵌入无机网络;(3)有机、无机互穿网络。
溶胶凝胶在制备多孔敏感材料方面有其独特优点。
例如M aria L C M 等采用溶胶凝胶技术制备混合多孔材料四甲氧基硅烷(TM O S )和甲基三甲氧基硅烷(M eTM O S )。
实验证明该工艺简单,基体的许多参数如多孔性、极化率、厚度容易控制。
这种材料适合于检测空气中的有毒气体苯和甲苯,用其制成的传感器可工作8h ,对苯的灵敏度测量下限可达60pp b ,测量上限至1000pp b [6]。
通常利用溶胶凝胶的固有老化(aging )特性获得多孔材料,这种方法能增加多孔性但降低了薄膜的折射率。
W ongcharee K 等采用添加聚乙二醇(PEG )的方法来制备多孔薄膜进而增加薄膜折射率,实验同时证明若这两种方法结合使用能更有效地增加膜层的透射率,最大可达99.7%,从而使得光气敏特性显著提高[7]。
2.4 生物敏感材料生物传感器常用的生物识别元素有酶、完整细胞、抗体、核酸、仿生聚合物等。
专一性和敏感性是生物传感器主要性能参数。
其中专一性主要与生物受体分子的固有绑定能力有关,而敏感性则与生物元素和传感器类型有关。
生物酶是生物传感器中使用最多的识别感受体。
其优点是:(1)能催化的反应最多;(2)能检测的分析物范围很广;(3)具有不同的换能原理以检测待测的分析物。
酶一般是天然的蛋白质,能够连续检测某一特定的化合物,选择性和灵敏度高,与其它生物受体相比检测速度更快。
酶在溶液中稳定性不好,需要固定才能重复使用。
常见的固定方式有:共价键、物理吸附、交联、封装、包埋等。
固定基底的选择取决于待检测生物分子的特性和所采取的固定生物酶的方法。
广泛采用的基底有聚合物薄膜、凝胶、LB 膜、炭、石墨、硫辛酰胺脱氢酶、导电聚合物等。
L i C I 等采用溶胶凝胶技术封装乳酸脱氢酶来检测乳酸盐,稳定时间长达3周,可检测0.2mm o l～1mm o l 的乳酸盐[8]。
Do st álek J 等将集成光波导SPR 传感器与生物分子识别元素(人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体)一起使用,可检测出1m l 的浓度为1%的牛血清清蛋白溶液中2×10-9g 的人绒毛膜促性腺激素[9]。
3 传感器检测方法光化学传感器是利用光与物质之间的相互作用如:吸收、色散(折射率变化)、反射(镜面反射、漫反射)、散射(拉曼散射)、透过率变化、荧光淬灭等,来监控待测物质与传感器之间的相互作用[1]。