极（120, 130)接触。传感器100a还包括被配置来在栅极电极与化学电阻器膜之间施加电 势差的恒电位仪180。传感器100a还包括选择性地控制电势发生器装置180,W便将相对 于化学电阻器膜160的电势的正电势或负电势施加到栅极电极150的控制器185。 阳126] 传感器100a还包括适于在所述导电电极对120、130之间施加电压信号，W便能够 测量化学电阻器膜160的电阻的装置170。与装置170相关联的是用于在所施加的电压信 号下测量所述化学电阻器膜160的电阻的装置。
[0127] 应理解，当在电解质溶液中的两个电极之间施加电势差时，电荷将积聚在材料表 面处。
[012引本发明人已经发现在栅极电极150与化学阻抗性膜160之间施加的电势差增加了 在化学阻抗性膜160附近的带电荷分析物分子的浓度，并且允许所述带电荷分子渗入到化 学阻抗性膜160中。不希望受限于任何科学理论，本发明人目前相信栅极电势促进带电荷 分子渗入到化学阻抗性膜160中，也就是渗入到通常难W被带电荷分子渗透的材料中。带 电荷分子渗入到化学阻抗性膜160中致使膜160溶胀，因为导电区域之间的距离增加。随 后溶胀使电流降低，运因此增大了化学阻抗性膜160的电阻。
[0129] 另外，本发明人现已发现，与在带电荷分析物分子上的特定官能团（也就是，所述 相互作用基团（巧）相互作用的化学阻抗性膜/材料在施加栅极电势期间甚至提供进一步 增强的传感器响应。
[0130] 参考图2,示意性地示出传感器10化的第二实施方案。提供一种用于测量离子分 析物在电解质溶液中的存在或含量的传感器100b。全文中相同的数字是指相同的元件。 阳131] 传感器10化包括在电绝缘基板140上的两个导电电极（120, 130)，并且所述两个 导电电极相隔距离L，其中L处于10皿与100ym之间。传感器10化还包括由对电极150 和参比电极155组合组成的栅极电极和化学电阻器膜160,其中在存在离子分析物时，化学 电阻器膜160的阻抗发生改变；并且其中所述化学电阻器膜与电极（120、130)接触。传感 器10化还包括被配置来在栅极电极与化学电阻器膜之间施加电势差的恒电位仪180。传感 器10化还包括选择性地控制电势发生器装置180,W便将相对于化学电阻器膜160的电势 的正电势或负电势施加到栅极电极的控制器185。 阳132] 为了更清楚地理解本发明的性质，现将参考W下非限制性实例描述本发明的优选 形式。
[0133] 本发明人已经证明，可W通过将外部栅极电极放置在包含（i)带电荷和（ii)有机 物质的水溶液中来在外部调制金纳米颗粒的电阻。金纳米颗粒膜并未固有地表现出类晶体 管特性，并且同样地，在跨栅极电介质施加栅极电压时未曾观察到源极-漏极电流的变化。
[0134] 图3示出金纳米颗粒膜在存在带电荷物质时的示意图。图3a)示出的是在缺少栅 极电压（Ve=0)的情况下。如图所示，在溶液中存在的阴离子控和无机阳离子最低限度地 与金纳米颗粒膜相互作用，并且并未明显地改变（被施加电压V。的）跨膜的电阻。图3b) 示出的是在存在负栅极电压（Ve<〇)时。在运个实例中，阴离子控预浓缩到金纳米颗粒膜中， 使金纳米颗粒的有机涂层溶胀，并且进而增加跨膜的电阻。图3c)再次示出的是负栅极电 压，无机阴离子被驱动至膜，但并未明显地改变跨膜的电阻。 阳135] 金纳米颗粒膜的电子导电性0基于电子遂穿机制0Kexp[-PL]exp[-Ee/kT]; 其中P为电子遂穿衰变常数，L为颗粒间间距，E。为库仑阻断能量，并且k为玻尔兹曼常数。 因此，任何变量变化可导致纳米颗粒膜的电阻调制。
[0136] 为了利用外部栅极电极有效地调制纳米颗粒膜电阻，本发明人已经确定，化学物 质的电荷起着重要的作用。如电阻的增加（图4a)所示，当有机化学物质带有正电荷，例如， 十六烷基漠化化晚（lOmM)时，涂有1-己硫醇的金纳米颗粒膜在施加正栅极电压后容易被 调制。所述正栅极电压诱导纳米颗粒内部的负电荷，从而驱动带正电荷的离子（十六烷基 化晚）进入膜中，在所述膜中物质的有机成分被认为插入己硫醇涂层并且从而增加颗粒间 间距。由于纳米颗粒膜通过电子遂穿在金忍之间并且沿着烷基硫醇盐涂层导电，运随后使 电阻增加。如果有机化学物质带有负电荷，例如十二烷基硫酸钢（lOmM)，那么电阻调制发生 在负栅极电压处，因为纳米颗粒膜现在带有正电荷（图4b)。在两个所示实例中的小无机 反离子对电阻调制并不起明显作用，并且运通过包含氯化钟离子（图4c)的溶液进一步确 认，所述氯化钟离子为先前实例的离子强度的十倍。另外，如果电解质溶液包含两性离子分 子，例如，3- [ (3-胆酷胺丙基）-二甲基锭]-1-丙烷横酸盐，那么纳米颗粒膜的电阻也不可 由栅极（图4d)调制。运些结果是重要的，因为运允许带净正电荷或带净负电荷的物质通 过栅极电极的极性来对金纳米颗粒膜进行选择性调制。
[0137] 运对使调制效应为可逆来说也是重要的，并且发明人已经证实，将己酸从膜移除 的速度可通过在水冲洗步骤期间施加正栅极电压而显著地增加。通过施加+0. 5V的栅极电 压，在120s内>90%返回到初始基准电阻。运意味着金纳米颗粒膜是可电转换的，因为带电 荷的控可通过在不同的栅极极性的情况下分配到膜中或从膜分配出去来改变电子遂穿路 径。 实施例
[0138] 实施例1.化学电阻器的形成
[0139]使用常规的光刻技术（Raguse等人，Anal.化em. 2007, 79, 7333)，用八个交叉指状 金微电极（10个指状物，每个指状物长3mm，宽5微米，并且间隔5微米）的阵列使显微镜载 玻片形成图案。
[0140] 用八个交叉指状微电极形成图案的载玻片在沉积化学阻抗性材料金纳米颗粒之 前用甲娃烷基化剂（琉丙基S乙氧基硅烷，MPTE巧预处理，W用于将纳米颗粒更好地粘合 到玻璃和电极表面。因此，将载玻片浸入包含2%v/vMPTES的甲苯溶液中两小时，接着用 大量的甲苯清洗并在溫和的氮气流中干燥。随后，经处理的载玻片在11(TC的烘箱中烘赔一 小时。 阳1川随后，将1.8化包含l%w/vDMAP-金纳米颗粒和4%N-甲基化咯烧酬的水溶液喷 墨沉积到载玻片的微电极上，并且允许变干（化OW等人，Anal.化im.Acta. 2009, 632, 135)。 随后，纳米颗粒膜用ImM乙腊中的1-己硫醇官能化两小时，并且随后用乙腊清洗，从而形成 1-己硫醇官能化的金纳米颗粒膜。将在微电极图案化的载玻片上的纳米颗粒膜和外部栅极 电极放置在溶液中W便形成化学电阻器。 阳142] 实施例2.栅极电压与控的净电荷之间的相关性
[0143] 所述装置如同实施例1 一样进行制备，并且被放置在良好的板状溶液保持器中， W使得由交叉指状电极和银/氯化银栅极电极桥接的金纳米颗粒膜与电解质溶液（100微 升十六烷基漠化化晚CPB、十二烷基硫酸钢SDS或3-[ (3-胆酷胺丙基）-二甲基锭]-1-丙 烧横酸盐CHAP巧接触。通过W下步骤测量金纳米颗粒膜的电流：在lOOmV下偏置交叉指状 电极的电势，同时在栅极电极与交叉指状电极中的一个之间的电势从OmV的初始电势开始 在巧OOmV与-500mV之间进行扫描，其中使用如图1所示的MultiAutol油与M101恒电位 仪和BA双恒电位仪模块（Autol油，荷兰）。根据欧姆定律，可获得在交叉指状电极之间的 金纳米颗粒膜的电阻。在表1中，在存在lOmM(PB时，金纳米颗粒膜的电阻随正栅极电压 增加。
[0144]
[0146] 表1.在存在lOmMCPB(扫描速率为lOmV/s)时，在不同栅极电压情况下的金纳米 颗粒膜的电阻。
[0147] 表2示出针对阴离子控（SD巧观察到的电阻。示出了从-500mV至巧OOmV进行扫 描的栅极电势的部分。在负栅极电压下观察到电阻的增加。
[0148]
[0149] 表2.在存在lOmMSDS(扫描速率为lOmV/s)时，在不同栅极电压情况下的金纳米 颗粒膜的电阻。
[0150] 在表3中示出了在存在两性离子分子（CHAP巧时，金纳米颗粒膜的电阻。由于两性 离子分子的净电荷为零，因而负或正栅极电压的施加并未明显地改变纳米颗粒膜的电阻。
[0151]
阳152]表3.在存在lOmMCHAPS(扫描速率为lOmV/s)时，在不同栅极电压情况下的金纳 米颗粒膜的电阻。 阳153] 如表4中所示，在存在lOOmMKC1时，在-500mV与巧OOmV栅极电压之间的电阻变 化小于5%。 阳154]
阳155] 表4.在存在lOOmMKCl(扫描速率为lOmV/s)时，在不同栅极电压情况下的金纳 米颗粒膜的电阻。 阳156] 实施例3.化学电阻器电势的重复转换 阳157] 所述装置如同实施例1和2 -样进行制备，并且被暴露于包含SDS的溶液中。为了 说明化学电阻器电阻在暴露于带电荷的控中时是可逆的，使栅极电压在+500mV与-500mV之间、W2min的间隔进行10次转换。表5示出在处于-500mV和巧OOmV的重复栅极电势 脉冲（在每个脉冲结束时取样）时，金纳米颗粒膜在包含ImMSDS的溶液中的电阻。施 加-500mV使膜的电阻增加，而施加巧OOmV使膜的电阻降低。 阳15引
阳159] 表5.当施加-500mV和巧OOmV的栅极电势脉冲时，金纳米颗粒膜在ImMSDS中的 电阻。 阳160] 实施例4.电阻变化与带电荷分析物的链长的相关性 阳161] 所述装置如同实施例1 一样进行制备，并且被放置在具有模制的娃酬垫圈的流动 池中，W便形成流动通道（长50mm，宽2. 9mm并且高1. 6mm)和具有入口和出口的有机玻璃 顶板。由交叉指状电极和金线栅极电极桥接的八个纳米颗粒膜的阵列全部暴露于处于运种 流动池配置中的两种不同溶液（水和具有带电荷分析物的水）中。通过将金线刺穿娃酬垫 圈的两端来将金线插入流动池中。通过使用蠕动累将溶液经由分别保持水和带电荷分析物 溶液的两个流体胆存器递送到流动通道。带电荷分析物由具有不同碳链长度的链烧酸（乙 酸、丙酸、下酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸和癸酸）组成。通过W下步骤来测量金纳米颗 粒膜的电阻：使用内部植入有来自eDAQ的16-通道式电子流变仪单元的8-通道式电气测 量系统，在lOOmV下偏置在交叉指状电极之间的电势，同时使用eDAQ恒电位仪（图1)使在 栅极与交叉指状电极中的一个之间的电势保持恒定（OmV或-500mV)，持续6min。在典型实 验中，纳米颗粒膜的基准电阻在水的流动溶液中测定，持续2min，随后在带电荷分析物溶液 的流动溶液中测定，持续3min，并且随后在水中测定，持续Imin。根据金纳米颗粒膜在水中 的初始电阻和金纳米颗粒膜在带电荷分析物溶液中的最终电阻，可W测定由于在带电荷分 析溶液中的暴露而发生的电阻的相对变化。 阳162] 表6和表7显示相对电阻变化随着碳链长度的增加而增加。所述增加可与随着疏 水性的增加，所述分子对纳米颗粒膜的分配系数增加相关。 阳163]
[0164]表6.在OmV或-500mV栅极电压的情况下、在水中存在不同链烧酸巧OmM)时，金 纳米颗粒膜的相对电阻变化。 阳1佑I
[0166]表7.在OmV或-500mV栅极电压的情况下，在水中存在不同链烧酸化05mM)时， 金纳米颗粒膜的相对电阻变化。 阳167] 实施例5.化学电阻器的再生 阳168] 所述装置如同实施例1和实施例4 一样进行制备，并且对于全部水/带电荷分析 物在水溶液/水中的持续时间来说，将栅极电压保持在恒定的电势。为了在水冲洗期间完 全移除带电荷分析物，使栅极-源极电压的极性与分析