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解密气味传感器

作者:未知   发布时间:2017-12-25 10:51:44   浏览次数:92
解密气味传感器

随着人类对嗅觉识别过程理解的深入以及传感技术的发展,“电子鼻”技术应运而生。“电子鼻”是模拟动物嗅觉器官来识别一种或多种气味分子的气敏传感系统,它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定区域的气味状况。与传统的气味分析技术,如气相色谱法,质谱法、火焰离子化检测法等相比,“电子鼻”技术具有快捷、简便、经济、客观、准确等优点。“电子鼻”因其独特的功能广泛应用于食品、医药、农业、环境监控及公共安全等领域。

从生物嗅觉原理出发进行“电子鼻”的设计是“电子鼻”技术研究的发展方向。“电子鼻”的核心是气敏传感器阵列,因此根据生物嗅觉原理发展高灵敏度、高可靠性的气味识别生物传感器是电子鼻技术发展的关键。

在这一领域,纳米材料呈现出与传统块体材料截然不同的性质,其独特的性质为生物传感器发展提供了全新的途径。基于纳米材料的传感器具有灵敏度高、特异性好、响应迅速等优点。目前,基于石墨烯的传感器需要液相条件下进行目标气味分子检测,限制了器件应用;基于碳纳米管的传感器采用的碳纳米管利用现有合成方法制备,多为金属和半导体混合纳米管,器件性能稳定性差;碳纳米材料表面的疏水性带来的纳米毒性还会降低生物敏感材料(如蛋白分子)的稳定性,对生物传感器的耐久性影响很大。

在此,我们就重点介绍一下一种基于硅纳米线的生物气味传感器,鉴于硅的化学特性比碳稳定得多,这种传感器还是大有前景的。

这种气味传感器是一种生物传感器,以硅纳米线为换能器,以昆虫气味结合蛋白OBP为生物敏感元件。昆虫气味结合蛋白OBP,优选自冈比亚按蚊(AnopheleGambiae)气味结合蛋白OBP。

解密气味传感器

硅纳米线表面连接修饰OBP蛋白分子的方法

这种生物传感器,以昆虫气味结合蛋白为生物敏感元件,利用气味分子与OBP分子的特异性结合,造成OBP分子构象的改变,从而使硅纳米线表面的电荷密度发生变化,通过检测硅纳米线电阻/电流的变化,实现对气味分子的高灵敏、实时检测。本技术所制得的气味识别生物传感器重现性好、灵敏度高、易于实现微型化,并且能够实现实时监测。

解密气味传感器

基于硅纳米线的气味识别生物传感器的结构示意图

这种传感器采用硅纳米线作为换能器,其比表面积高,对表面电荷密度改变极为敏感,可实现气相条件下气味分子的高灵敏检测,检测灵敏度达到ppb量级;工艺过程简单,可控性强,可与现有半导体工艺完全兼容;成本较低,适于批量生产。并且,本技术制得的生物传感器能够可逆地结合气味分子,可重复使用,节约成本。







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