[发明专利]以铁电材料、复合氧化物或者氧化多晶型体的稳定性的温度调制为基础的选择性化学感应器

说明书

对相关申请的参考

本申请在此要求于2009年12月2日提交的第61/265,989号美国临时专利申请的优先权。上述申请的全部内容通过引证并入本文。

关于联邦政府发起的研发的声明

本发明是在联邦政府的支持下进行的，根据的是国家科学基金会授予的授权号为DMR0304169的文件。在本发明中联邦政府保留部分权利。

背景技术

对于使用化学感应器来检测气体的方法已经获得了发展，例如，在由Wang等人刊登在Chem.Mather.，20，4794-4796(2008)中的“Ferroelectric WO₃ Nanoparticles for Acetone Selective Detection”一文中所描述的内容，其全部内容通过引证并入本文。然而，为了提高其精度，尤其是在诊断的应用中，需要对制造和使用这样的设备的方法和设备做出进一步的改进。

发明内容

本发明涉及的是一种用于检测气体样本中的成分的感应器的制作和使用方法。含有杂质的铁电材料，例如，WO₃与VPO或者C_r混合在一起的物质可以用于制造感应器的阵列。感应器阵列可以是热连接到加热器的阵列上，例如，电阻加热器元件的一维或二维(2D)的矩阵。各个加热器元件中的温度可以进行分别控制，以便对每一个加热器元件的操作温度进行调节。关于气体感应器的加工制造的详细内容可以参考美国物理协会举办第13届国际研讨会过程中由wang等人提出“An Acetone Nanosensor for Non-invasive Diabetes Detection”，刊登在2009年5月23日出版的公报中第113卷(刊1)，第206-208页，其全部内容通过引证并入本文。

本发明的优选实施方案适用于对气体样本中的不同成分的浓度进行定量测量，例如，将要接受病情诊断的人所呼出的气体。第一众多的感应器阵列元件可以设定第一温度或者温度范围，和第二众多的感应器阵列元件可以设定第二温度或者温度范围，这是通过电子控制器来完成的。

附图说明

附图1对根据本发明的优选实施方案的感应器的制造方法和使用方法的流程进行了解释说明。

具体实施方式

铁电材料和复合氧化物的气体感应器适用于对人体的呼吸代谢物、汗液唾液、痰液、尿液、泪水，以及所有的身体排泄物的进行选择性的(有区别的)检测。已经可以获得通过使用结晶化学分析方法所选择的气体氧化物与不同种类的气体和氧化物的结晶体排列之间的相互反应。在选择的碳氢化合物的氧化催化的基础上，生物标记之间的差异性，例如，乙烷和橡胶基质可以容易地获得。一个实施例就是，在通过金红石的氧化物的结构来对乙烷的选择性检测时，将钒磷氧化物(VPO)的纳米颗粒用作催化掺杂剂。使用快速的固化纳米级的合成方案，例如，火焰喷射的高温分解，钒的活性部位的有效传播都可以进行排列为与感应表面相交叉的形式。

通过铁电材料ε-WO₃的纳米颗粒的选择性丙酮检测可以在本发明的优选实施方案中适用。最近，人们开始注意铁电材料的表面化学特性。举例来说，基于LiNbO₃和其他的材料的研究已经表明，极性分子的偶极矩可以与表面上的某些铁电材料的区域的电极性发生相互作用。这种相互作用提高了在材料表面上的分子吸附力的强度。因此，优选的实施方案采用的是ε-WO₃的离心结构，其在丙酮的选择性检测中起到重要作用。ε-WO₃是一种具有自发的电偶极矩的铁电材料中的一种类型。极性来自于每一个[WO₆]八面体的中心的钨原子的替换。从另外一个方面说，与其他气体相比，丙酮具有非常大的偶极矩。结果是，ε-WO₃表面的偶极和丙酮分子之间的相互作用比其他气体要强很多，这导致可以获得对于丙酮检测的可以观察到的选择性。

使用单一晶体(多形态的)的双重氧化的优选实施方案足以在相同的时间内为几种气态种类的选择性检测建立多个感应器阵列，这是通过简化各个温度的控制来实现的，在此进行稳定加热处理，而且在合并到每一个感应器基底上的电阻加热器的整个使用过程中会发生感应。六边形的h-WO₃材料可以用于在150度时对NO_X(氮氧化合物)进行的选择检测，以及用于在350度时对橡胶基质进行的选择检测。各个感应器元件可以与加热器元件配对，以便形成2D矩阵阵列。