手性螺旋结构聚合物在手性气相检测中的应用

本发明属于气体探测器，具体涉及手性螺旋结构聚合物在手性气相检测中的应用。

背景技术：

1、手性物质广泛存在于自然界中，在生物生存发展过程中起着重要的作用，被认为是生命的起源。但同一物种的不同对映体潜在活性不同，所表现出的生化毒理性质、应用层面也不同。在生物用药过程中，往往只有一种对映体对疾病的治疗有效，而另一种则无效甚至有害。如早期的沙利度胺事件，就是忽略了对映体的存在，造成了医学史上的灾难。除生物用药外，病虫害防治中所使用的农药也存在此类风险。往往其中一种对映体能有效杀死害虫，而另一种对病虫害的防治无效且对人体毒害性较大。更为重要的是，最近研究发现人体呼出气体中对映体的检测可用于疾病的诊断。例如柠檬烯的出现，则认为生物体呼吸道发生了感染，而如果进一步判断出r构型对映体，则进一步确定为肺部发生感染。因此，手性对映体的检测和鉴别对于制药、环境监测、医疗诊断、人工智能的发展都具有重要意义。

2、但由于一对对映体的组成成分相同，因此对于手性物质的检测极其困难。目前所使用检测方法多为液相色谱或毛细管电泳等方法，这一类方法对设备要求极高，且无法实地、实时监测。而手性螺旋结构的引入，将克服以上问题。当手性气体进入具有手性螺旋结构的气敏层表面时，手性分子可以通过与气敏层中的手性及螺旋结构发生相互作用，从而被选择性地吸附，并改变气敏层内部的电荷传输和导电性能。将其制备成二极管及三极管，进行信号转换，通过检测电信号的变化实现对手性分子对映体的检测分析，为手性气相检测提供灵活可靠的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种手性螺旋结构聚合物在手性气相检测中的应用，利用待检测物不同对映体与手性、螺旋结构的差异性相互作用，实现对手性气相的对映体检测区分。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、本发明手性螺旋结构聚合物在手性气相检测中的应用，是以手性螺旋结构聚合物制备气敏层，进而实现对手性气体对映体的检测。

4、所述手性螺旋结构聚合物，可以通过对分子设计直接获得，如聚噻吩-b-聚异腈共轭聚合物(p3ht-b-ppi)，结构如图2所示(其详细合成过程如图3所示)，该分子具备良好的电学性能，可直接通过旋涂制备气敏层；或者采用常见市售手性分子与半导体共混得到，如手性分子为s/r6n、半导体为p3ht，两者均为常见市售材料(图4)，通过共混获得具有手性螺旋结构的导电气敏层。手性分子与半导体共混时比例范围没有具体要求。这与手性分子手性强弱、及其与半导体之间的位阻有关。通常是通过测试共混后的cd值及电学性能(一般cd值随手性分子的比例增大而增大，电学性能则是减小)，兼顾手性及电学性能，确定最优比例。经验值为手性分子占共混物质量分数20～50％。

5、所述手性气体对映体选自r、s构型手性柠檬烯气体，r、s构型手性苯乙醇气体，r、s构型手性苯乙胺气体等。

6、本发明还提供了一种手性气相探测器，该手性气相探测器包含以手性螺旋结构聚合物制备的气敏层。所述气敏层具备手性螺旋结构，通过手性气相分子与手性结构的相互作用及(或)螺旋结构的空间位阻效应，实现对不同手性气相对映体的差异性响应识别，并通过器件将该响应进行信号转换为电流大小的变化。

7、进一步地，所述二极管手性气相探测器包括衬底，和逐层依次设置于所述衬底上的修饰层和气敏层，在所述气敏层上设置有正、负漏电极。

8、更进一步地，所述衬底为玻璃，所述修饰层为cytop，所述正、负电极选用au电极。

9、而三极管手性气相探测器包括可作为栅电极的衬底，和逐层依次设置于所述衬底上的绝缘层、修饰层和气敏层，在所述气敏层上设置有源电极和漏电极。

10、更进一步地，所述栅电极为硅，所述绝缘层为sio2层，所述修饰层为cytop，所述源电极和漏电极为au电极。

11、所述手性气相探测器的结构为二极管、三极管中任一种，对于不同种类和不同手性的气体所产生的漏极电流值不同，从而可以实现手性气相的检测。

12、具体而言，所述二极管手性气相探测器是在作为衬底的玻璃上设置有修饰层，在所述修饰层上旋涂具有手性、螺旋结构的气敏活性层，气敏活性层上间隔设置有两处电极；所述气敏性活性层对多种气体的不同对映体具有差异性电学信号。

13、所述手性气相探测器是在作为衬底的硅上沉积有300nm绝缘层，在所述绝缘层上设置有修饰层，在所述修饰层上旋涂具有手性、螺旋结构的气敏活性层，气敏活性层上间隔设置有两处电极；所述气敏性活性层对多种气体的不同对映体具有差异性电学信号。

14、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

15、1、本发明首次通过使用具有手性螺旋结构的导电聚合物作气敏层对手性对映体进行识别检验，制备的器件结构可为二极管、三极管，首次实现将气相对映体检测信号转变为电信号进行输出。所制备的探测器可以实现对多种气相对映体探测。

16、2、本发明的器件结构可以是三极管，也可以是二极管，这为实现小型化、集成化和高性能的气相手性探测提供了重要的器件物理和技术基础。

17、3、本发明的手性气相探测器的输出信号为电信号，可实时监测。检测速度快，可视性好。且制作方法简单、成本低。

18、4、本发明的手性气相探测器可以实现单个器件对多种手性对映体的探测识别，在环境监测、医疗诊断、产品鉴伪等领域具有好的应用前景。

技术特征：

1.手性螺旋结构聚合物在手性气相检测中的应用，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：

3.一种手性气相探测器，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的手性气相探测器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的手性气相探测器，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的手性气相探测器，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的手性气相探测器，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种手性螺旋结构聚合物在手性气相检测中的应用，通过导电手性螺旋分子结构或将共轭聚合物与手性分子物理共混来制备气敏层，使所得器件导电层具有手性及螺旋结构，从而可实现对多种气体的R和S构型进行区分探测。本发明手性气相探测器可以对气体的不同构型进行检测，可用于产品伪劣鉴定、环境监测、病虫害预防及生物医疗诊断，并且具有良好的电学性能，且制作方法简单、成本低，具有很好的应用前景。

技术研发人员：邱龙臻,吴孝成,陈思雨,王晓鸿
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15