[发明专利]一种基于光电集成式传感芯片的丙酮检测装置及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光电集成式传感芯片的丙酮检测装置及制备方法，包括电致发光器件和丙酮敏感层，所述电致发光器件和丙酮敏感层为正方体形状，所述丙酮敏感层分布在电致发光器件的上端面上，所述丙酮敏感层下端面与电致发光器件的上端面贴合且固定连接；所述丙酮敏感层为氧化锌纳米阵列；所述丙酮敏感膜和电致发光器件上均设置有敏感膜引线。本发明通过电致发光片与丙酮敏感的氧化锌纳米阵列集成后所得传感器一方面可实现对丙酮的高选择性响应，另一方面将发光器件与丙酮敏感层集成，此外还有效降低了传感器的功耗，实现了对人体呼吸样中丙酮低功耗的检测。

技术领域

本发明涉及丙酮检测领域，尤其是涉及一种基于光电集成式传感芯片的丙酮检测装置及制备方法。

背景技术

糖尿病可诱发严重的心血管疾病、加速肾功能恶化速率。糖尿病的患病率、致残率和病死率，以及对人体健康的危害程度已居慢性非传染性疾病的第3位。其造成的死亡也居当今世界死亡原因的第5位。及早发现糖尿病有利于给予患者更有效的治疗。目前对糖尿病的检测主要依赖于血检，无法实现对该疾病隐患的早期检测。

研究人员发现人体呼出气中的丙酮浓度可间接反应其身体状况。研究表明健康人群呼出气中的丙酮浓度一般低于1ppm，但当患有糖尿病时呼出气中的丙酮浓度将变化为1.71-10ppm。为此，可考虑通过监测人体呼出气中丙酮的浓度达到实现对糖尿病隐患的无创、实时和快捷监测。然而，对人体呼出气中低浓度丙酮的高选择性、高灵敏度检测依然难以实现，对应的便携式传感器尚未有太多报道。此外，为达到实时监测呼出气中丙酮浓度，对应的传感器需具备低功耗(连续监测时间长)和高度集成(便携)的特点。但当前的传感器大多只能在高温环境(不低于350度)下对低浓度丙酮有较好的检测性能，传感器的功耗较高，无法长时间连续监测呼出气样。有报道宣称对光敏材料施加光照，可实现在常温下对低浓度气体的检测，为此额外增加led光源有望实现对呼出气中的丙酮的室温检测。然而，led灯与传感器难以有效集成，不利于传感器的轻便化。如何构建集成式传感器有效检测呼出气样中低浓度丙酮，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在保证对人体呼出气中丙酮高选择性响应的基础上，构建电致发光器件、透明加热膜与丙酮敏感层高度集成的传感器，实现监测人体呼出气中丙酮浓度的低功耗的光热电集成传感器。

本发明的目的是这样实现的：一种基于光电集成式传感芯片的丙酮检测装置，包括电致发光器件和丙酮敏感层，所述电致发光器件和丙酮敏感层为正方体形状，所述丙酮敏感层分布在电致发光器件的上端面上，所述丙酮敏感层下端面与电致发光器件的上端面贴合且固定连接；所述丙酮敏感层为氧化锌纳米阵列；所述丙酮敏感膜和电致发光器件上均设置有敏感膜引线。

优选的，所述电致发光器件的长度为l cm，所述电致发光器件的宽度为d cm，所述电致发光器件的厚度为h mm，所述透明加热片的长度为l cm，其中l的取值范围为1～2cm，d的取值范围为1～2cm，h的取值范围为0.1～0.3mm；所述丙酮敏感层的长度分别为l1，所述丙酮敏感层的宽度为d1，所述丙酮敏感层的厚度为h2，其中l1的取值范围为2～6mm，d1的取值范围为2～6mm，h2的取值范围为14um～16um。

优选的，一种基于光电集成式传感芯片的丙酮检测装置的制备方法具体包括以下步骤：

S1：在二氧化硅玻璃表面溅射一层氧化锌种子层，溅射时间为5min；

S2：将上述带有氧化锌种子层的二氧化硅玻璃放入装有12ml浓度为0.5mol/L硝酸锌(Zn(NO3)2)和12ml浓度为0.5mol/L六次甲基四胺(C6H12N4)水溶液的烧杯中，与90℃下反应6小时，得到长有氧化锌纳米阵列的二氧化硅玻璃，之后将该玻璃片放入400℃环境下加热15分钟得到长有氧空位氧化锌纳米阵列的二氧化硅玻璃；

S3：在上述氧空位氧化锌纳米阵列表面蒸镀间隔0.25厘米的银导电层，每段银导电层的宽度为0.35cm，得到带有丙酮敏感层的二氧化硅玻璃；