[发明专利]碳纳米管/聚吡咯复合纤维与制备方法及其在晶体管传感器中的应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/聚吡咯复合纤维与制备方法及其在晶体管传感器中的应用，属于生物传感器技术领域。本发明是在柔性纤维上包覆分散好的碳纳米管，然后将吡咯单体化学原位聚合到含有包覆碳纳米管的柔性纤维上，碳纳米管良好的热力学性能和导电性能，让它在柔性纤维表面和聚吡咯之间形成一种类似“桥梁”的作用更有利于线状聚吡咯的生长。而线状聚吡咯更有利于提高晶体管传感器的性能。本发明制备方法工艺简单、反应条件比较温和、生产成本较低、无污染，适合大规模制备纳米纤维晶体管，且制得的晶体管传感器只对乳酸具备检测能力，抗干扰性较强，且准确度高、灵敏度好，检测限低到1nM/L，而检测范围较宽，约为浓度为1nM/L～1mM/L的乳酸。

技术领域

本发明涉及有机电化学晶体管，属于生物传感器技术领域，具体地涉及一种碳纳米管/聚吡咯复合纤维与制备方法及其在晶体管传感器中的应用。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。碳纳米管中碳原子以sp²杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp³杂化键，即形成的化学键同时具有sp²和sp³混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。

有机电化学晶体管(OECTs)是近三十年发展起来的一种有机薄膜晶体管，自从1984年Wrighton等首次对OECTs进行报道后，OECTs的研究及其应用获得了广泛关注，尤其是在生物传感方面，生物传感器为将生物体的成份(酶，抗原，抗体，DNA等)或细胞，组织固定化在载体上作为敏感元件的传感器，近年来，随着生物科学，信息科学，和材料科学发展成果的推动，生物传感器技术飞速发展，如已有的葡萄糖传感器、乳酸传感器、抗坏血酸传感器、尿酸传感器和多巴胺传感器及肌氨酸传感器等。

例如，中国发明专利申请(申请公布号：CN106770588A，申请公布日：2017-05-31)公开了一种肌氨酸检测装置及其制备方法、应用；该肌氨酸检测装置包括一有机电化学晶体管以及栅电极，所述有机电化学晶体管的源漏电极连接有机半导体薄膜，所述栅电极表面沉积有金属纳米颗粒或碳纳米管，且栅电极上固定有肌氨酸氧化酶，当待测肌氨酸与栅电极上的肌氨酸氧化酶发生化学反应时，会引起栅电机的界面电势变化，最终通过测量有机电化学晶体管沟道电流的变化实现对肌氨酸浓度的检测。

又如中国发明专利申请(申请公布号：CN102735734A，申请公布日：2012-10-17)公开了一种非介入式葡萄糖传感器，它包括具有栅电极的有机电化学晶体管，所述栅电极的表面使用酶和纳米材料进行改性，所述纳米材料选自自由多壁碳纳米管和铂纳米颗粒组成中的任意一种，所述酶是葡萄糖氧化酶。

虽然上述两种传感器的材料中都使用到碳纳米管，然而其是对两种不同的物质(肌氨酸、葡萄糖)分别具备单一性检测的装置。

乳酸相对于葡萄糖而言，作为人体中的一大疲劳物质，是人体在肌体运动等身体机能产生能量消耗分解出的废弃物。特别是在运动过程中，伴随着大量乳酸产生，已超出身体分解乳酸所必需的维生素和矿物质等的供应，那么就会造成体内乳酸的堆积，从而对身体带来巨大伤害。乳酸生物传感器是体育上耐力项目科学训练的常用设备，已在抗疲劳保健食品检测中普遍应用，也是新型可降解塑料L-乳酸前体生产过程控制的主要参数。但是目前乳酸生物传感器的广泛应用仍面临着一些困难，今后一段时间里，生物传感器的研究工作将主要围绕选择活性强，选择性高的传感材料：提高信号检测器的寿命；生物响应的稳定性和生物传感器的微化性便携式等问题展开研究。