专利名称：一种含有聚合物－碳黑的味觉传感器的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种味觉传感器，特别涉及一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法。
背景技术：
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、成、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[1]。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[2]、或聚合物[3]、或硫族化物玻璃(Chalcogenide glass)[4]、或普鲁士蓝[5]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。另有研究者尝试采用非导电聚合物掺杂修饰剂试图改善上述问题，如采用聚合物聚乙烯醇掺杂纤维素制备味觉传感器[6]，但是由于聚乙烯醇-纤维素复合体的导电性质欠佳，因此该方法制备的味觉传感器灵敏度不是很高，且长时间浸在溶液时味敏层在电极上的黏着力不够而易脱落。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，它选取黏弹性聚合物多熔素、聚交酯酸作为味敏层基础材料，掺杂碳黑微粒，采用直接滴加法在金电极上沉积味敏层制备味觉传感器，这种含有聚合物-碳黑的味觉传感器与以往的味觉传感器相比具有更高的灵敏度、良好的稳定性。
一种含有聚合物-碳黑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)将聚交酯酸PLLA投放到氯仿溶剂中，PLLA的浓度为5～15mg/ml，用磁力搅拌器水浴加热搅拌，温度为60℃，直到PLLA完全融化；将碳黑投放到苯溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到PLLA溶液中形成PLLA-碳黑混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为2％-12％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的PLLA-碳黑混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为1～5kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
一种含有聚合物-碳黑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)将偶氮苯、多熔素分别投放到氯仿溶剂中，该溶液中偶氮苯的浓度为50～200mg/ml，多熔素的浓度为125～500mg/ml，偶氮苯与多熔素的的质量比为1∶2.5；将碳黑投放到四氢呋喃溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到偶氮苯-多熔素溶液中形成混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为2％-12％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为3～15kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
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，本发明具有如下突出优点1)以黏弹性聚合物多熔素、聚交酯酸作为味敏层基础材料，具有较好可溶性、稳定性；2)掺杂碳黑微粒，具有良好导电性的碳黑粒子在黏弹性聚合物三维空间网络结构中的隧道效应产生的传导率“补偿”了聚合物的介电性，使得味敏层对溶液成分更敏感，从而提高了传感器的灵敏度；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)制造工艺简单，生产成本低；5)能在常温下工作，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。
图1为本发明的含有聚合物-碳黑的味觉传感器的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，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300nm，电极长度为15mm；B)将聚交酯酸PLLA投放到氯仿溶剂中，PLLA的浓度为5mg/ml，用磁力搅拌器水浴加热搅拌，温度为60℃，直到PLLA完全融化；将碳黑投放到苯溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到PLLA溶液中形成PLLA-碳黑混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为2％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的PLLA-碳黑混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为5kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
实施例2一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，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2μm，电极长度为40mm；B)将聚交酯酸PLLA投放到氯仿溶剂中，PLLA的浓度为15mg/ml，用磁力搅拌器水浴加热搅拌，温度为60℃，直到PLLA完全融化；将碳黑投放到苯溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到PLLA溶液中形成PLLA-碳黑混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为12％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的PLLA-碳黑混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为1kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
实施例3一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，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200μm，金膜厚度为1.2μm，电极长度为30mm；B)将聚交酯酸PLLA投放到氯仿溶剂中，PLLA的浓度为10mg/ml，用磁力搅拌器水浴加热搅拌，温度为60℃，直到PLLA完全融化；将碳黑投放到苯溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到PLLA溶液中形成PLLA-碳黑混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为7％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的PLLA-碳黑混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
实施例4一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，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15mm；B)将偶氮苯、多熔素分别投放到氯仿溶剂中，该溶液中偶氮苯的浓度为200mg/ml，多熔素的浓度为500mg/ml，偶氮苯与多熔素的的质量比为1∶2.5；将碳黑投放到四氢呋喃溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到偶氮苯-多熔素溶液中形成混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为12％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
实施例5一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，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40mm；B)将偶氮苯、多熔素分别投放到氯仿溶剂中，该溶液中偶氮苯的浓度为50mg/ml，多熔素的浓度为125mg/ml，偶氮苯与多熔素的的质量比为1∶2.5；将碳黑投放到四氢呋喃溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到偶氮苯-多熔素溶液中形成混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为2％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为15kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
实施例6一种含有聚合物-碳黑的味觉传感器的制备方法，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200μm，金膜厚度为1.2μm，电极长度为30mm；B)将偶氮苯、多熔素分别投放到氯仿溶剂中，该溶液中偶氮苯的浓度为120mg/ml，多熔素的浓度为300mg/ml，偶氮苯与多熔素的的质量比为1∶2.5；将碳黑投放到四氢呋喃溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到偶氮苯-多熔素溶液中形成混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为7％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的混合溶液直接滴加在匙状金电极2上，形成味敏层3，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为9kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
参考文献[1].Toko K. A taste sensor. Meas. Sci. Techn.，1998，91919-1936[2]. Patrik Ivarsson，Yukiko Kikkawa， Fredrik Winquist，et al.，Comparison of avoltammetric electronic tongue and a lipid membrane taste sensor，Analytica ChimicaActa，2001，44959-68[3]M.Ferreira.C.J.LConstantino，A.Riul，H.C.Mattoso.Preparation，characterizationand taste sensing properties of Langmuir -Blodgett Films from mixtures of polyanilineand 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]SARMISHTHA MAJUMDAR，BASUDAM ADHIKARI.Polyvinyl alcohol-cellulosecompositea taste sensing material. Bull. Mater. Sci.，2005，28703-712.
权利要求
1.一种含有聚合物-碳黑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)将聚交酯酸PLLA投放到氯仿溶剂中，PLLA的浓度为5～15mg/ml，用磁力搅拌器水浴加热搅拌，温度为60℃，直到PLLA完全融化；将碳黑投放到苯溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到PLLA溶液中形成PLLA-碳黑混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为2％～12％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的PLLA-碳黑混合溶液直接滴加在匙状金电极(2)上，形成味敏层(3)，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为1～5kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
2.一种含有聚合物-碳黑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)将偶氮苯、多熔素分别投放到氯仿溶剂中，该溶液中偶氮苯的浓度为50～200mg/ml，多熔素的浓度为125～500mg/ml，偶氮苯与多熔素的的质量比为1∶2.5；将碳黑投放到四氢呋喃溶液中，碳黑的浓度为100mg/ml，用超声搅拌器降解20分钟；取一定量的碳黑悬浮液添加到偶氮苯-多熔素溶液中形成混合溶液，混合溶液中碳黑的质量百分数为2％～12％，并用超声搅拌器搅拌至均匀，用微移液器取1μl的混合溶液直接滴加在匙状金电极(2)上，形成味敏层(3)，放置到烤箱中烘干，温度为80℃，测得其在空气中的稳定直流电阻为3～15kΩ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，获得含有聚合物-碳黑的味觉传感器。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于匙状金电极可用叉指金电极取代。
全文摘要
一种含有聚合物－碳黑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，以聚交酯酸或多熔素作为味敏层基础材料，掺杂碳黑，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，获得含有聚合物－碳黑的味觉传感器。同现有技术比较，本发明的优点是以黏弹性聚合物作为味敏层材料，在液相环境中具有较好稳定性；掺杂碳黑微粒，其良好的导电性可提高传感器灵敏度；用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；能在常温下工作，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。
文档编号G01N27/00GK101021499SQ200710067660
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月28日 优先权日2007年3月28日
发明者郭希山, 童基均, 王立人 申请人:浙江大学