东南大学顾忠泽教授课题组以亲油性的双面胶作为基底, 运用滴涂二乙炔单体结合紫外光聚合来制备均匀的聚二乙炔(PDA)薄膜, 经过荧光和色彩两种信号改变形式(即“双模光学检测”)研讨了PDA薄膜对VOC气体的呼应性, 发现制备的PDA薄膜在2 min内就能够完成显着的荧光和色彩改变, 有用处理了现在PDA薄膜在VOC气体检测方面存在呼应速度慢、薄膜均一性差等问题。
此外, 为处理单一PDA薄膜的穿插呼应性问题, 该研讨制备了四种不同的根据双面胶基底的PDA薄膜, 并将制备的4种PDA薄膜集成到一片PDMS薄膜基底上来构建柔性的传感阵列, 运用阵列的色彩改变结合形式识别技能, 完成了对8种VOC气体的快速、活络区别。进一步将制备的PDA薄膜阵列用于健康人、模仿糖尿病及肾病患者呼出气体中VOC标志物的区别和剖析研讨, 发现能够将三类人的呼出气体明晰地区别, 说明晰该阵列在呼气疾病确诊中的运用远景。
与现在报导的PDA薄膜阵列比较, 该研讨中根据双面胶基底的PDA薄膜阵列具有气体呼应速度快、活络性高、柔韧性好、制备工艺简略、成本低、易于大规模制备等长处, 有望用于实践VOC气体检测研讨中。
快速、精确地检测挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)气体在爆炸物、毒品、有机污染物检测以及严重疾病前期确诊等范畴都具有宽广的运用远景。尤其是近年来, 跟着现代医学确诊技能的不断开展, 研讨人员发现人体呼出气体中VOCs气体的组成和含量散布与一些代谢性疾病密切相关, 如糖尿病患者呼气中的丙酮含量会显着增大。这些VOCs气体能够看作是这些疾病的标志性气体, 经过检测呼气中的这些VOCs气体改变就能够完成对这些疾病的快速判别。该技能具有操作简洁、检测速度快且对人安全无创等特色, 在疾病前期确诊方面极具运用远景。完成其运用的关键是开发高性能、便携式的VOC标志物气体检测体系。
聚二乙炔(PDA)是一种具有π共轭结构的线型聚合物大分子, 其由二乙炔单体自拼装后经254nm的紫外光照聚合而制备。一般聚合得到的PDA都呈现蓝色, 而且没有荧光。这种蓝色的PDA在外界影响下会发作结构改变, 发生显着的色彩改变, 典型的是变为赤色, 而且赤色的聚二乙炔会呈现显着的荧光发射。因而, 各种根据PDA的色敏及荧光传感器已被广泛开发用于气体小分子、生物大分子、溶剂、热、金属离子等传感检测研讨。PDA聚合物分子因为具有π共轭结构很简略集合在一起, 约束了其均一薄膜的构建。为了处理这一问题, 一起完成PDA传感器运用的便携性和安稳性, 一般将PDA固定在基底外表来制备PDA薄膜传感器。现在, 玻璃、二氧化硅、琼脂糖、藻酸钠纤维等都现已被用于PDA的基底来构建薄膜传感器。最近的研讨显现, 固体基底不只能够影响二乙炔单体的聚合行为, 还能够进步PDA薄膜检测方针剖析物的活络性。
柔性可穿戴传感器体积小、重量轻, 因其能够直接贴附或穿在人们身上或许衣服上接连监测人体的生理状况而遭到广泛重视。各种根据柔性基底资料的PDA薄膜传感器已被构建用于VOC标志物气体检测研讨。Wang等经过在柔性聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底上聚合含二硫化钼的二乙炔来构建柔性PDA薄膜传感器, 可直接戴在人体手腕上, 经过PDA薄膜显着的色彩改变来检测N,N-二甲基甲酰胺气体。Wang等也报导了经过在PET基底上构建含石墨烯的PDA薄膜传感器, 运用PDA薄膜的荧光和色彩改变完成了对多种不同的VOC气体(如N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、三氯甲烷、四氢呋喃等)的检测研讨。
因为单一的PDA薄膜传感器遍及存在着穿插活络, 往往会对多种被测气体呼应, 因而很难有挑选地测量出某种特定气体的成分和含量。为了处理这一问题, 有研讨者报导了运用柔性的滤纸作为基底, 经过在其外表不同的方位别离滴加4种不同的二乙炔单体, 以光聚合法制备了根据4种不同PDA薄膜的柔性传感阵列。经过PDA薄膜阵列的荧光和色彩改变, 结合形式识别技能, 完成了对18种不同VOC气体的高活络区别。
此外, 电纺纳米纤维也被用于柔性基底来构建PDA薄膜传感阵列。经过别离共纺不同的二乙炔单体和聚环氧乙烷(PEO)的混合物, 再运用光聚合来法可制备PDA/PEO的复合传感薄膜。经过三个不同PDA/PEO薄膜阵列的荧光和色彩改变, 结合形式识别技能, 完成了对7种有机氨气体的高活络区别。
虽然现在这些传感阵列现已完成了对多种VOC气体的活络检测, 但其仍存在着呼应速度慢、PDA薄膜均一性及安稳性差等问题。如已报导的根据滤纸和纳米纤维膜的PDA阵列检测VOC气体的呼应时刻一般都在1h以上; 其次, 因为滤纸的主要成分是纤维素, 与水有很强的亲和性, 而与有机化合物的亲和力很弱。二乙炔单体溶液在滤纸外表枯燥过程中, 很简略集合在一起, 导致制备的PDA薄膜均一性差, 而且制备的PDA薄膜在滤纸外表的安稳性也较差, 很简略脱落下来。运用共纺法能够完成根据纳米纤维PDA薄膜的均匀、安稳制备, 但其制备工艺杂乱、制备时刻较长。这些都约束了PDA薄膜阵列在VOC气体检测方面的开展和实践运用, 因而需求开发新式的PDA薄膜阵列来处理这些问题。
东南大学顾忠泽教授课题组提出运用具有强亲油性的双面胶作为基底来构建新式的PDA薄膜阵列用于VOC气体的传感检测研讨。课题组运用滴涂结合光聚合法在双面胶基底上构建了均匀的PDA薄膜, 经过荧光光谱和色彩改变研讨了其对VOC气体的呼应性, 发现制备的PDA薄膜在2min内能够完成显着的色彩和荧光光谱改变。他们进一步运用四种不同的根据双面胶基底的PDA薄膜并将其集成在一片PDMS基底上来构建传感阵列, 运用薄膜阵列的色彩改变结合形式识别技能,完成了对8种VOC气体的快速、活络区别。课题组还将制备的PDA薄膜阵列用于健康人、模仿糖尿病患者及肾病患者呼出气体中VOC标志物的区别和剖析研讨,发现其能够将三类人的呼出气体明晰地区别。与现在报导的PDA薄膜阵列比较, 该研讨根据双面胶基底的PDA薄膜阵列具有气体呼应速度快、活络性高、柔韧性好、制备工艺简略、易于大规模制备等长处, 有望实践用于VOC气体检测剖析中。
(a)二乙炔单体聚合前后的结构改变; (b)双面胶基底上的二乙炔单体经光照后生成蓝色的PDA薄膜的相片
