一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法技术

一种含有水凝胶－碳纳米管的味觉传感器的制备方法，在基板上，用真空溅射法或化学气相沉积法制成带有金焊盘的匙状金电极；以水凝胶ＰＶＡ加ＰＡ，或ＰＶＡ加ＰＡＡ作为味敏层材料，掺杂碳纳米管，采用直接滴加法在匙状金电极上沉积味敏层，烘干，在除味敏层以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有水凝胶－碳纳米管的味觉传感器。同现有技术比较，本发明专利技术的优点是：以交联性水凝胶作为味敏层材料，在液相环境中具有较好稳定性；掺杂纳米碳管，其大的比表面积和良好介电性质可提高传感器灵敏度；直接滴加法沉积味敏层，操作简单，滴加量固定，膜的重复性好；传感器体积小，测量方法简单。本味觉传感器可用于酸、甜、苦、咸、鲜５种基本味道的检测识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种味觉传感器，特别涉及一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法。
技术介绍
人的味觉是由味觉物质与舌头上味蕾细胞感受膜的物理、化学反应改变膜电位引起的，味觉大致可以分为酸、甜、苦、咸、鲜等5种基本味道。为了再现人的味觉功能，扩大应用场所和范围，需要对味觉进行仿生设计来实现具有“人工味觉”的传感器，即味觉传感器。味觉传感器在食品饮料分析，废污水中重金属离子检测，药物的味道识别、成份分析等诸多领域有着广泛的应用。味觉传感器能够克服传统气味师的味觉疲劳问题或对受试者的毒副作用，能够改善传统生化分析仪、色谱仪和光谱仪操作繁琐、费时费力、仪器昂贵等弊端，对实现食品饮料、环保、医药等行业领域的实时在线检测、分析及监测具有重要的意义。味觉传感器接触到待检测的味觉溶液时，传感器味敏层能吸收溶解在水中的物质，使传感器电极的电性质发生改变，测量这种改变就可以检测出不同浓度的不同味道。味觉传感器再现了人体由味觉物质引起的味蕾细胞感受器的膜电势的机理和与人的味觉感受方式相似的对味觉物质溶液的反应，具有良好的仿生效果和较高的分辨率。目前，研究者大多采用脂质/高分子膜、或高聚物、或硫族化物玻璃(Chalcogenide glass)、或普鲁士蓝等材料制备味觉传感器。但是上述这些方法在制备味觉传感器时，大都存在味敏层成膜复杂、不易控制，膜的均匀一致性差，膜的亲水性差，用于液相环境长时间检测时味敏层容易失效等问题，因此所制备的味觉传感器的选择性范围较广、重复再现性较差、以及稳定性不是很高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法，它选取水凝胶聚丙烯胺PA、聚丙烯酸PAA及聚乙烯醇PVA作为味敏层基础材料，掺杂碳纳米管，采用直接滴加法在金电极上生长味敏层制备味觉传感器。这种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器与以往的味觉传感器相比具有较高的灵敏度、良好的选择性和稳定性。一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法，包括在基板1上制作匙状金电极2，在匙状金电极上制备味敏层3，制备金焊盘4，其特征在于采用如下步骤A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为100～300μm，金膜厚度为300nm～2μm，电极长度为15～40mm；B)将聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分别投放到水溶液中，PVA的浓度为0.6～3g/ml，PA的浓度为0.2～1g/ml，PVA与PA的质量比为3∶1；用磁力搅拌器水浴加热，加热温度为60℃，至形成匀质粘稠PVA-PA液体止；将碳纳米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的浓度为3mg/ml，并用超声搅拌器降解10分钟；取一定量CNT悬浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的质量百分数为1％-8％，再用超声搅拌器搅拌20分钟，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤炉中烘干，加热温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为900Ω～8KΩ时停止加热；C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器。一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法，包括在基板1上制作匙状金电极2，在匙状金电极上制备味敏层3，制备金焊盘4，其特征在于采用如下步骤A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为100～300μm，金膜厚度为300nm～2μm，电极长度为15～40mm； B)将聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA分别投放到水溶液中，PVA的浓度为0.6～3g/ml，PAA的浓度为0.2～1g/ml，PVA与PAA的质量比为3∶1；用磁力搅拌器水浴加热，加热温度为60℃，至形成匀质粘稠PVA-PAA液体止；将碳纳米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的浓度为7mg/ml，并用超声搅拌器降解10分钟；取一定量CNT悬浮液添加到PVA-PAA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的质量百分数为1％～8％，再用超声搅拌器搅拌20分钟，用微移液器取0.5μl的PVA-PAA-CNT混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤炉中加热，加热温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为300Ω～3kΩ时停止加热；C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器。上述Al2O3陶瓷基板可用玻璃、硅片等基板代替，匙状金电极可用叉指状金电极取代。同现有技术比较，本专利技术具有如下突出优点1)以水凝胶聚乙烯醇PVA作为味敏层基础材料，分别添加带电基团不同的聚丙烯胺PA或聚丙烯酸PAA，它们对被分析液体有不同程度的灵敏度，并发生交联反应，在液相环境中具有较好稳定性；2)纳米碳管添加到水凝胶后会导致水凝胶溶胀/收缩，这种作用改变了水凝胶高分子交联三维网络的介电物理特性，碳纳米管大的比表面积可以增加味敏层对溶液成分的吸附能力从而提高传感器灵敏度，其良好的介电性质又可以“补偿”水凝胶的电导率，从而改善传感器的响应；3)直接滴加法沉积味敏层，操作简单，滴加量固定，膜的重复性好；4)能在室温下工作，传感器体积小，测量方法和电路简单，有利于实现人工味觉系统的微型化、集成化；5)制造工艺简单，生产成本低。附图说明图1为本专利技术的含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的结构示意图。图2为本味觉传感器的味敏层表面形态的原子力显微镜AFM图像，图中凸起处为被水凝胶包覆的碳纳米管。实施例1一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法，包括在基板1上制作匙状金电极2，在匙状金电极上制备味敏层3，制备金焊盘4，其特征在于采用如下步骤A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为300μm，金膜厚度为2μm，电极长度为15mm；B)将聚乙烯醇PVA、聚丙烯胺PA分别投放到水溶液中，PVA的浓度为0.6g/ml，PA的浓度为0.2g/ml，PVA与PA的质量比为3∶1；用磁力搅拌器水浴加热，加热温度为60℃，至形成匀质粘稠PVA-PA液体止；将碳纳米管CNT加入到二甲基乙酰胺中，CNT的浓度为3mg/ml，并用超声搅拌器降解10分钟；取一定量CNT悬浮液添加到PVA-PA溶液中形成混合溶液，混合溶液中CNT的质量百分数为1％，再用超声搅拌器搅拌20分钟，用微移液器取1μl的PVA-PA-CNT混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤炉中烘干，加热温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为8KΩ时停止加热；C)在基板1上除味敏层3以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器。实施例2一种含有水凝胶-碳纳米管的味觉传感器的制备方法，包括在基板1上制作匙状金电极2，在匙状金电极上制备味敏层3，制备金焊盘4，其特征在于采用如下步骤A)在Al2O3陶瓷基板1上，用真空溅射法或者化学气相沉积法制成带有2个金焊盘4的匙状金电极2，匙状金电极的电极间距为100μm，金膜厚度为300nm，电极长度为40mm；B)将聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有水凝胶－碳纳米管的味觉传感器的制备方法，包括在基板（１）上制作匙状金电极（２），在匙状金电极上制备味敏层（３），制备金焊盘（４），其特征在于采用如下步骤：Ａ）在Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷基板（１）上，用真空溅射法或者化学气相 沉积法制成带有２个金焊盘（４）的匙状金电极（２），匙状金电极的电极间距为１００～３００μｍ，金膜厚度为３００ｎｍ～２μｍ，电极长度为１５～４０ｍｍ；Ｂ）将聚乙烯醇ＰＶＡ、聚丙烯胺ＰＡ分别投放到水溶液中，ＰＶＡ的浓度为０．６～３ｇ／ｍ ｌ，ＰＡ的浓度为０．２～１ｇ／ｍｌ，ＰＶＡ与ＰＡ的质量比为３∶１；用磁力搅拌器水浴加热，加热温度为６０℃，至形成匀质粘稠ＰＶＡ－ＰＡ液体止；将碳纳米管ＣＮＴ加入到二甲基乙酰胺中，ＣＮＴ的浓度为３ｍｇ／ｍｌ，并用超声搅拌器降解１０分钟；取一定量ＣＮＴ悬浮液添加到ＰＶＡ－ＰＡ溶液中形成混合溶液，混合溶液中ＣＮＴ的质量百分数为１％～８％，再用超声搅拌器搅拌２０分钟，用微移液器取１μｌ的ＰＶＡ－ＰＡ－ＣＮＴ混合溶液直接滴加在匙状金电极（２）上，形成味敏层（３），放置到烤炉中烘干，加热温度为８０℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为９００Ω～８ＫΩ时停止加热；Ｃ）在基板（１）上除味敏层（３）以外的区域涂敷环氧树脂，晾干，获得含有水凝胶－碳纳米管的味觉传感器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭希山，潘敏，王立人，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]