專利名稱：多功能光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測定溫度變化或者某些化學(xué)組分的存在的光學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
用于測定溫度變化的光學(xué)傳感器是本領(lǐng)域已知的。例如，美國專利4，410，283公開了一種膽甾型液晶以及需要使用這種液晶材料的溫度探測裝置。英國專利1. 183. 160公開了一種化學(xué)溫度計(jì)，該溫度計(jì)包含多個(gè)被不同材料填充的平行隔間，這些材料在對各元件而言不同的各個(gè)閾值溫度下外觀發(fā)生變化。溫敏性材料是滯后膽留型液晶材料，它們在閾值溫度下由綠色變成無色。這種傳感器不是可逆的。美國專利3，651，695中公開了另一種溫度傳感器。這些光學(xué)傳感器應(yīng)用被塑料膜保護(hù)的或者包埋在這種基質(zhì)中的液晶材料。 液晶材料的密封非常重要。這些光學(xué)傳感器僅適于溫度探測。此外，傳感器僅對單一的輸入?yún)?shù)(溫度變化)作出響應(yīng)。探測化學(xué)組分的光學(xué)傳感器也是本領(lǐng)域已知的。例如，美國專利4，597，942公開了指示環(huán)氧乙烷濃度的裝置。環(huán)氧乙烷的存在導(dǎo)致含有液晶材料的聚合物膜發(fā)生顏色變化。液晶涂層制劑通過如下制備使膽甾酯熔融，然后使其與適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑和溶劑組合。或者，把液晶材料包于聚合物材料的微型膠囊中。該傳感器可用于單一輸入(某種化合物)。 傳感器不能應(yīng)用于食品應(yīng)用中，并且生產(chǎn)昂貴。Kirchner等人在Chem. Commun. 2006，1512-1514中公開了通過如下制備的功能性
液晶膜將低分子量膽留衍生物混入如PMMA或聚氨酯水凝膠的聚合物中。該膜識別胺蒸氣，并且在與這些胺相互作用時(shí)顏色變化。這種傳感器可用于單一輸入(某些胺化合物)。 傳感器不能應(yīng)用于食品應(yīng)用中，因?yàn)閭鞲衅鹘M合物的一部分可能泄露到食品中，并且傳感器生產(chǎn)昂貴。這種傳感器也是不可逆的。由 Shibaev 等人的 Macromolecules 2006，39，3986-3992 知曉顏色變化的膽甾型聚合物膜，其中氫鍵合的熱致性液晶通過變色和移動選擇性反射波段的波長來對在水中是否存在某些氨基酸作出響應(yīng)。聚合物膜由反應(yīng)性膽留型液晶制成。該膜在兩塊玻璃板之間制成，然后去除其中一塊玻璃板而得到傳感器。該傳感器可被用作多功能傳感器，但是其制備費(fèi)力且僅能以小規(guī)模進(jìn)行。此外，該傳感器僅可用于單一輸入，并且是不可逆的。美國專利申請US2003/194753公開了用于檢測化合物與液晶之間或者與吸附在液晶/水界面的液晶上的受體分子之間的相互作用的方法和裝置。以上指出的專利申請還公開了，在一些實(shí)施方式中，基板包括多個(gè)保持室(holding compartments)，其中的至少兩個(gè)中可以設(shè)置液晶。第一受體分子可被吸附在第一保持室中的液晶的頂表面上，第二受體分子可被吸附在第二保持室中的液晶分子的頂表面上。可以利用液晶裝置測定流動流中是否存在不同的化合物。美國專利申請2006/0134796公開了用于探測分析物的比色傳感器，使用這種傳感器的方法以及用于分析物的比色探測的工具包。存在對可對多個(gè)輸入?yún)?shù)作出響應(yīng)的傳感器的需求。
優(yōu)選地，這樣的傳感器容易生產(chǎn)，因而是成本有效的。還優(yōu)選的是，這樣的傳感器適于用在對易腐爛物或敏感物(諸如食品)的包裝應(yīng)用中，適于控制新鮮度、溫度歷史、某些化合物的存在等等。所述傳感器優(yōu)選是不可逆的，即它們存儲產(chǎn)品已處于其中的環(huán)境的整個(gè)歷史。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種多功能光學(xué)傳感器，其包含基板和聚合物層，所述聚合物層包含具有有序形態(tài)的聚合的液晶單體，其中，所述傳感器的顏色、反射率或雙折射率由于所述形態(tài)的變化而變化，其中所述形態(tài)的變化由與化學(xué)試劑(諸如氣體或液體)的物理接觸、溫度的變化、或時(shí)間的推移而引起。 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述有序形態(tài)是膽留形態(tài)，并且所述光學(xué)傳感器可以對至少三種不同的輸入變量(諸如溫度、胺類和二氧化碳)作出響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器包含多個(gè)具有不同的膽留或雙折射形態(tài)或分子組成、 且具有不同感測功能的區(qū)域。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器以可逆方式對刺激物作出反應(yīng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，傳感器作為指示器，給出不能完全逆轉(zhuǎn)的響應(yīng)。在另一實(shí)施方式中，傳感器包含具有膽留形態(tài)或雙折射形態(tài)的區(qū)域，其中，該區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)的變化對被傳感器區(qū)域吸收的不同分子是不同的。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器包含基板和聚合物層，所述聚合物層包含多個(gè)包含具有有序形態(tài)的聚合的液晶單體的區(qū)域，其中，所述傳感器的顏色、反射率或雙折射率由于所述形態(tài)的變化而變化，并且其中，至少第一區(qū)域中的聚合的液晶單體的所述形態(tài)的變化可由溫度的變化、PH的變化或時(shí)間的推移引起。至少第二區(qū)域中的聚合的液晶單體的所述形態(tài)的變化可由如下事件引起，所述事件選自包括如下的組與化學(xué)試劑的物理接觸，所述化學(xué)試劑諸如為氣體或液體，例如為硫化物、磷化物、C0、C02、N0、N02、水；PH的變化；溫度的變化；以及上述事件的組合。通過給出實(shí)施例和參照如下附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1是膽甾網(wǎng)絡(luò)有序性的變化的示意性說明圖。為了清楚，并未畫出聚合物骨架。 該網(wǎng)絡(luò)可以收縮(I)、失去其有序性(II)或溶脹(III)。參見(a)。圖b示出了各向同性光線的透射率的相應(yīng)變化的圖示。圖2是對比例1中反射波段(nm)與溫度的函數(shù)關(guān)系。圖3是多功能傳感器的實(shí)例。圖4是根據(jù)實(shí)施例2的傳感器的表現(xiàn)。圖5是在時(shí)間/熱處理之后右手圓偏振光通過實(shí)施例2的樣品的透射率。圖6是樣品在用三乙胺處理前后(實(shí)施例2)光線的反射率。圖7是樣品在用聯(lián)吡啶處理前后(實(shí)施例2)光線的反射率；對4，4’聯(lián)吡啶響應(yīng)的UV-vis測量結(jié)果(測量采用無規(guī)偏振光進(jìn)行)。圖8是在用水處理前后(實(shí)施例2)光線的反射率，這表明對于含有MAA和不含 MAA的樣品而言純水的影響。圖9是熱軋花工藝(hot embossing process)中各步驟的示意性說明圖。
圖10是被壓縮樣品的加熱和冷卻圖片在用stanpin壓縮之后的實(shí)施例2。圖11是傳感器被激光局部加熱的效果高度圖，顏色變化圖片(實(shí)施例2)。圖12是傳感器上進(jìn)行激光書寫的效果(實(shí)施例2)激光書寫的樣品(左圖)；參比樣品(右圖)。圖13是(X)2活性傳感器的1H-NMR和FIlR譜圖(實(shí)施例4) 二胺和氨基甲酸銨鹽的1H-NMR(左圖)和FIlR譜圖(右圖)。圖14是Taddol- 二胺絡(luò)合物的1H-NMR光譜。圖15是維生素E乙酸酯感測前后的手性向列型反射器的反射率具有7%維生素 E乙酸酯的樣品在被加熱至150°C之前(淺藍(lán)，曲線1)和之后(深藍(lán)，曲線2)的光譜反射率。圖16是阿司匹林在加熱前后的傳感器的反射率具有10%阿司匹林的樣品在加熱至130°C之前(淺藍(lán)，曲線3)和之后(深藍(lán)，曲線4)的光譜反射率。發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明的傳感器是光學(xué)傳感器，這意味著，該傳感器在與某些輸入作用之前顯示第一顏色、第一反射率或雙折射率，并且該傳感器在暴露于某些輸入之后顯示與第一顏色、反射率或雙折射率不同的第二顏色、反射率或雙折射率。這種顏色或反射率的變化可以直接地或間接地通過光學(xué)檢測方法(例如通過使用一種或多種線性或圓偏振過濾器)或通過肉眼觀察到。本發(fā)明的傳感器是多功能的，這意味著，該傳感器具有至少2個(gè)、優(yōu)選3個(gè)、更優(yōu)選 4個(gè)與不同的輸入?yún)?shù)獨(dú)立地作用的區(qū)域，所述輸入?yún)?shù)諸如為胺類、硫化物、磷化物、CO、 C02、N0、N02、水、濕度、pH、氧氣、溫度、時(shí)間的推移等等。通常，該傳感器具有不超過10個(gè)不同的功能。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該傳感器具有5至7個(gè)功能。本發(fā)明的傳感器包含聚合層，所述聚合層包含具有有序形態(tài)的聚合的液晶單體。優(yōu)選地，所述傳感器包含多個(gè)具有不同組成或形態(tài)的區(qū)域，它們具有不同的感測功能。一個(gè)單一的區(qū)域也可以對不同的輸入作出響應(yīng)，例如對一定范圍的不同化學(xué)品作出響應(yīng)，或者對特定化學(xué)品和溫度的變化作出響應(yīng)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感器包含基板。聚合層的一側(cè)優(yōu)選被連接到該基板上，而聚合層的另一側(cè)可用于與化合物、溫度、濕度等相互作用。在這個(gè)實(shí)施方式中，傳感器包含的基板被如下涂層組合物涂布，該涂層組合物包含至少一種含有至少一個(gè)可聚合基團(tuán)的液晶材料，并且該涂層組合物在該基板上被聚合成聚合層。根據(jù)本發(fā)明的傳感器能夠?qū)Σ煌拇碳の镒鞒鲰憫?yīng)，或者會對環(huán)境的變化(溫度或者由于某一段時(shí)間的推移而引起的變化)作出反應(yīng)。我們相信，傳感器中，有序?qū)拥姆磻?yīng)、吸附或其他形態(tài)變化將引起傳感器的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。聚合層具有有序形態(tài)。有序形態(tài)的例子是膽留型的、平面的、張開/彎曲的、傾斜的、螺旋的和垂直的(homeotropic)。對于液晶而言，液晶單元的平均排列方向被定義為液晶的指向矢(director)。優(yōu)選的形態(tài)是膽留形態(tài)或平面形態(tài)。在膽留形態(tài)中，指向矢沿膜的厚度旋轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)軸垂直于基板。指向矢旋轉(zhuǎn)360°經(jīng)過的長度被定義為膽留螺距(cholesteric pitch)。對于短螺距而言，膽甾液晶將反射光線的圍繞中心帶寬λ。的部分，其中5是膽甾的平均折射率，P是膽留的螺距。反射帶的寬度△ λ由液晶的雙折射率(Δη)確定
以=、與膽甾液晶將選擇性反射入射光的一個(gè)(圓形)偏振態(tài)。如果膽甾液晶的反射帶 η 0
處于該光線的可見區(qū)域中，那么可以裸視見到膽留形態(tài)中發(fā)生的各種變化。如下三種變化是可能的1.膽甾螺距由P1到P2 (其中P1 < P2)的變化。這導(dǎo)致反射帶紅移。2.膽甾螺距由P1到P2 (其中P1 > P2)的變化。這導(dǎo)致反射帶藍(lán)移。3.體系的有序性下降，這導(dǎo)致雙折射率Δη下降，因而反射帶的寬度Δ λ減小至零。結(jié)果，這導(dǎo)致反射帶消失。這些變化的圖示說明可在圖1中見到。圖1示出了膽甾網(wǎng)絡(luò)有序性的示意性說明。 為了清楚，并未畫出聚合物骨架。該網(wǎng)絡(luò)可以收縮(I)、失去其有序性(II)或溶脹(III) (參見(a))。圖b表明了各向同性光線的透射率的相應(yīng)變化。在膽甾液晶聚合物置于黑色背景或漫反射背景(scattering reflective background)下時(shí)，這些變化的任意一個(gè)都是最明顯的。當(dāng)聚合液晶膜具有平面單軸排列時(shí)，該膜具有光學(xué)雙折射率。該雙折射率使該膜起到延遲板(retarder plate)的作用。延遲率(Γ)由雙折射率(Δη)、光線的波長λ和光線穿過液晶膜的光程長度L決定Γ =2πΔη!7λ。當(dāng)反射光被聚合物L(fēng)C結(jié)構(gòu)延遲 1/2 π+k π弧度(其中k是任意自然數(shù)(0、1、2…))并且膜在反射背景上時(shí)，該結(jié)構(gòu)采用與分子指向矢成45°取向的單個(gè)偏振過濾器可見。如果使用無色聚合物，那么這種同樣的結(jié)構(gòu)在不采用上述偏振過濾器或者采用與分子指向矢平行的偏振過濾器的情況下不可見。 當(dāng)聚合液晶膜的雙折射率或厚度變化時(shí)，這種變化采用所述偏振過濾器和所述反射背景可見。在這樣的形態(tài)變化是可逆的情況下，所述傳感器被視為可逆?zhèn)鞲衅鳌Ｔ谶@樣的形態(tài)變化是不可逆或者需要專門的外部動作(重置)的情況下，所述傳感器可以作為指示器。形態(tài)的不可逆變化例如在如下情況下發(fā)生聚合的液晶單體包含可通過與物質(zhì) (例如胺、氧氣、二氧化碳等)的相互作用打斷的可斷裂的次級鍵(secondary bonds)，從而聚合層的結(jié)構(gòu)或有序性發(fā)生變化?？蓴嗔训拇渭夋I的實(shí)例是H-鍵。優(yōu)選地，傳感器包含多個(gè)具有不同的膽留或雙折射形態(tài)或組成的區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域具有不同的感測功能。優(yōu)選地，傳感器通過將反射帶向較低或較高波長位移中心反射波長的至少5%來變色。優(yōu)選地，這樣的位移為中心反射波長的至少10%。在另一實(shí)施方式中，傳感器在與化學(xué)試劑相互作用時(shí)或者在溫度或時(shí)間變化時(shí)顯示至少10%的反射率的下降。本發(fā)明中使用的基板可以是任何無機(jī)或有機(jī)材料。優(yōu)選地，基板是黑色基板、反射基板或透明基板。優(yōu)選地，本發(fā)明的傳感器中使用的基板是柔性基板。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，基板被處理，結(jié)果該基板會引起涂覆在基板上的液晶單體有序排列。例如，這樣的處理可以是直接地拋光(buffing)或摩擦(riAbing)基板材料。在基板材料是纖維素三乙酸酯的情況下，拋光將會引起液晶單體在基板界面上面內(nèi)排列。在另一實(shí)施方式中，基板可以被排列誘導(dǎo)層進(jìn)行處理。該層被涂覆到基板上，然后被處理，從而引起所期望的分子排序。這樣的排列誘導(dǎo)層的例子是聚酰亞胺層。由溶液涂布將聚酰亞胺涂覆在基板上，然后使其在高溫下交聯(lián)。作為最后一步，對聚酰亞胺層拋光， 從而引起所期望的排列。這樣的排列誘導(dǎo)層的另一個(gè)例子是光排列層。在這個(gè)例子中，進(jìn)行曝光(暴露于線性偏振光)，從而引起所期望的排列。排列誘導(dǎo)層的第三種方式是使用會引起垂直排列的排列材料，拋光(摩擦)或偏振光曝光被完全省略了。聚合層通常通過如下制備聚合含有至少一種具有至少一個(gè)可聚合基團(tuán)的液晶材料的組合物。優(yōu)選地，該液晶是熱致性液晶。優(yōu)選地，該液晶材料的至少一部分包含兩個(gè)或更多個(gè)可聚合基團(tuán)。這樣的含有一個(gè)或多個(gè)可聚合基團(tuán)的液晶材料被認(rèn)為是單體。液晶分子優(yōu)選在聚合之前被形成為它們的液晶相。在這個(gè)相中，分子有序性通過液晶材料的組成、 界面的條件、溫度和可施加到該層上的任何外部場來控制。這種受控的有序性可以在這些單體的聚合期間得以保持。聚合使得這樣的取向通過形成交聯(lián)的聚合網(wǎng)絡(luò)而被原樣凍結(jié)。 進(jìn)行這種聚合的一種方式是利用光聚合。要注意這樣的混合物可以額外地包含非反應(yīng)性 (液晶)材料和/或非液晶單體和/或溶劑。對于反應(yīng)性基團(tuán)，可以利用諸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環(huán)氧、乙烯基、乙烯基醚、硫醇-烯和氧雜環(huán)丁烷的基團(tuán)。然而，優(yōu)選利用(甲基)丙烯酸酯基團(tuán)形式的反應(yīng)性基團(tuán)。含有(甲基)丙烯酸酯基團(tuán)的單體已被證實(shí)具有優(yōu)異的可加工性。原則上，單體可以進(jìn)行熱聚合。在本發(fā)明的實(shí)踐中，在電磁輻射或光化輻射(具體為UV光)的影響下的自由基聚合是本發(fā)明的方法中聚合單體的最佳方法。這具有如下優(yōu)點(diǎn)本領(lǐng)域技術(shù)人員具有在各種溫度下工作的自由度，這為涂布行為和優(yōu)選的結(jié)晶性質(zhì)提供了最佳性能。本發(fā)明范圍內(nèi)可以使用的液晶單體例如符合如下通式A-B-M- (B) - (A)(1)。該式(1)中，M表示這樣的基團(tuán)，該基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和剛性構(gòu)象使該分子變得高度各向異性。適當(dāng)?shù)腗基團(tuán)公開在美國專利4，398，803和PCT申請WO 95/244M等中。B表示所謂的間隔基團(tuán)。間隔基團(tuán)可以連接在M基團(tuán)的長端上，或者對于所謂的“側(cè)鏈”液晶連接在M基團(tuán)的側(cè)部。根據(jù)所需要的性質(zhì)，所用單體包含一個(gè)或兩個(gè)間隔基團(tuán)。間隔基團(tuán)也由上述專利文獻(xiàn)知曉。A表示上述類型的反應(yīng)性基團(tuán)。液晶分子可以包含一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)。如上所述，混合物中的一部分液晶分子可以是非反應(yīng)性的。在這種情況下，這些分子不含A-型基團(tuán)。要聚合的混合物還包含具有兩個(gè)或更多個(gè)上述類型的反應(yīng)性基團(tuán)的單體。具有兩個(gè)或更多個(gè)可聚合基團(tuán)的單體的存在對于聚合后制成聚合物網(wǎng)絡(luò)很重要。在聚合期間，這種單體的存在導(dǎo)致聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成。這使得本發(fā)明的取向?qū)踊蚪Y(jié)構(gòu)變得機(jī)械穩(wěn)定。含有至少兩個(gè)可聚合基團(tuán)的單體優(yōu)選包含液晶基團(tuán)?；蛘?，可以存在具有一個(gè)或多個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)或更多個(gè)可聚合基團(tuán)但不含液晶基團(tuán)的單體。這些單體的存在有助于降低涂層組合物的粘度、改善固化膜的機(jī)械性質(zhì)、改變網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度、有助于獲得所需要的形態(tài)等等。每分子具有至少兩個(gè)交聯(lián)基團(tuán)的反應(yīng)性單體的實(shí)例包括含有(甲基)丙烯酰基的單體，諸如三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，4_ 丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6_己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、 磷酸單-和二 _(甲基)丙烯酸酯、C7-C20烷基二(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸三羥甲基丙烷三氧乙基酯、三(2-羥乙基)異氰尿酸酯三(甲基)丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰尿酸酯二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇單羥基五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、三環(huán)癸烷二基二甲基二(甲基)丙烯酸酯和上述單體中任意一個(gè)的烷氧基化衍生物(優(yōu)選乙氧基化的和/或丙氧基化的)，還包括雙酚A的環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷加合物二醇的二(甲基)丙烯酸酯，氫化雙酚A 的環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷加合物二醇的二(甲基)丙烯酸酯，環(huán)氧(甲基)丙烯酸酯(其是雙酚A 二縮水甘油醚的(甲基)丙烯酸酯加合物)，聚氧烷基化的雙酚A的二丙烯酸酯和三乙二醇二乙烯基醚，丙烯酸羥乙酯、異氟爾酮二異氰酸酯和丙烯酸羥乙酯的加合物，丙烯酸羥乙酯、甲苯二異氰酸酯和丙烯酸羥乙酯的加合物，和酰胺酯丙烯酸酯。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器顯示布拉格反射。為了獲得布拉格反射傳感器，膽留型聚合物可被用于制備傳感器。獲得膽留型聚合物的一種方式是使用自身會形成膽甾相的液晶單體?；蛘?，可以添加手性摻雜劑。手性摻雜劑是一種少量添加以誘導(dǎo)單體型LC混合物的手性有序性的單體。在這種情況下，膽留在某一溫度下的螺距(ρ)由如下決定手性摻雜劑的濃度(C)、對映異構(gòu)過量(ee)和手性摻雜劑對于液晶主體(host)的螺旋扭曲力(HTP) :p = (HTP · c · ee)。手性摻雜劑可以具有一個(gè)或兩個(gè)官能團(tuán)，因而它可以反應(yīng)而成為聚合物網(wǎng)絡(luò)的一部分。雙官能手性摻雜劑的實(shí)例是
OO
OO^ _ OW
(2)或者，可以使用不具有額外官能度的手性摻雜劑，例如
CH3CH2CHCH2--(^^)-H(|^^)-CN(3)另一個(gè)選擇是使用如下手性摻雜劑，這些手性摻雜劑響應(yīng)于環(huán)境的變化而變化它們的分子構(gòu)象或結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，傳感器的氣體敏感部件可以利用這樣的活性摻雜劑制成。不同種類的活性摻雜劑按如下進(jìn)行區(qū)分響應(yīng)于環(huán)境的變化而改變它們與其他分子的非共價(jià)相互作用的摻雜劑，和響應(yīng)于環(huán)境變化而經(jīng)歷共價(jià)鍵的斷裂和重組的摻雜劑。基于非共價(jià)鍵的那類活性摻雜劑的一個(gè)實(shí)例是與單體型混合物中的其他組分絡(luò)合而形成手性絡(luò)合物的分子。例子是甲基己二酸(MAA)與具有羧酸官能度的單體的組合
權(quán)利要求
1.一種多功能光學(xué)傳感器，其具有至少兩個(gè)對不同的輸入?yún)?shù)獨(dú)立起反應(yīng)的區(qū)域，所述傳感器包含基板和聚合物層，所述聚合物層包含具有有序形態(tài)的聚合的液晶單體，其中， 所述傳感器的顏色、反射率或雙折射率由于所述形態(tài)的變化而變化，其中所述形態(tài)的變化由與化學(xué)試劑諸如氣體或液體的物理接觸、溫度的變化或時(shí)間的推移而引起。
2.如權(quán)利要求1的傳感器，其中，所述有序形態(tài)是膽留形態(tài)，并且所述光學(xué)傳感器可以對至少三種不同的輸入變量作出響應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1的傳感器，其中，所述化學(xué)試劑選自由水(蒸汽)、胺類、硫化物、磷化物、CO、CO2、NO、NO2、氧氣組成的組。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述基板是柔性基板。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述傳感器包含多個(gè)具有不同的膽甾形態(tài)或雙折射形態(tài)或分子組成、且具有不同感測功能的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述傳感器包含具有膽留形態(tài)或雙折射形態(tài)的區(qū)域，其中，該區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)對被傳感器區(qū)域吸收的不同分子具有不同的變化。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述傳感器通過反射帶向較低或較高波長位移所述中心反射波長的至少5%來變色。
8.如權(quán)利要求7的傳感器，其中，所述位移為至少10%。
9.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述傳感器的反射率下在所述中心反射波長下降低了至少10%。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，在將所述傳感器加熱至臨界溫度以上時(shí)，所述聚合層中的所述膽留形態(tài)或雙折射形態(tài)以不可逆方式變化。
11.如權(quán)利要求10的傳感器，其中，所述臨界溫度是所述膽留或雙折射形態(tài)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
12.如權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述聚合層包含含有氫鍵、離子相互作用、偶極相互作用或疏水相互作用的物理網(wǎng)絡(luò)。
13.如權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，所述聚合層包含在與試劑反應(yīng)時(shí)會改變螺旋扭力的手性摻雜劑。
14.如權(quán)利要求14的傳感器，其中，所述手性摻雜劑選自由如下組成的組二硫醇，優(yōu)選1，1’ -聯(lián)萘_2，2' -二硫醇、Taddol絡(luò)合物或手性連位二胺。
15.如權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)的傳感器，其中，聚合的液晶單體的所述層包含隨著時(shí)間的推移或溫度的改變或二者從該層中擴(kuò)散出來的移動化合物。
16.如權(quán)利要求15的傳感器，其中，所述移動化合物是營養(yǎng)添加劑。
17.—種傳感器，其包含基板和聚合物層，所述聚合物層包含多個(gè)包含具有有序形態(tài)的聚合的液晶單體的區(qū)域，其中，所述傳感器的顏色、反射率或雙折射率由于所述形態(tài)的變化而變化，其中至少第一區(qū)域中的聚合的液晶單體的所述形態(tài)的變化由溫度的變化、PH的變化或時(shí)間的推移而引起。
18.如權(quán)利要求17的傳感器，其中，至少第二區(qū)域中的聚合的液晶單體的所述形態(tài)的變化可由如下事件引起，所述事件選自包括如下的組與化學(xué)試劑的物理接觸，所述化學(xué)試劑諸如為氣體或液體；PH的變化；溫度的變化；時(shí)間的推移以及上述事件的組合。
19.一種用于制備前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的傳感器的方法，所述方法包括如下步驟a.提供基板或具有排列層的基板b.將涂層組合物膜涂覆到所述基板上c.在所述膜中形成膽留或雙折射液晶結(jié)構(gòu)d.對所述膜施加一定劑量的電磁輻射以使所述膜至少部分固化，其中，所述涂層組合物包含至少一種具有至少一個(gè)可聚合基團(tuán)的液晶材料、可選的手性化合物和光引發(fā)劑。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中，所述組合物包含的所述手性化合物
21.如權(quán)利要求19-20中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述膽留液晶結(jié)構(gòu)基本上平行于所述基板的表面排列。
22.如權(quán)利要求19-21中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述有序形態(tài)的形成通過自組裝發(fā)生。
23.如權(quán)利要求19-22中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述涂層組合物包含支持單域形態(tài)的形成的表面活性劑。
24.如權(quán)利要求19-23中任意一項(xiàng)的方法，其中，涂層組合物通過印刷技術(shù)沉積在所述基板上，其中，所述印刷技術(shù)選自由如下組成的組噴墨印刷、微接觸印刷、柔版印刷、平版印刷或絲網(wǎng)印刷。
25.如權(quán)利要求19-24中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述電磁輻射是UV輻射。
26.如權(quán)利要求19-25中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述電磁輻射通過偏振全息圖或者通過平板印刷掩膜來圖案化。
27.如權(quán)利要求19-26中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述可聚合基團(tuán)選自丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、環(huán)氧基、乙烯基、乙烯基醚基、硫醇-烯基和氧雜環(huán)丁烷基。
28.一種局部改變權(quán)利要求1至18中任意一項(xiàng)的傳感器中的所述聚合層的形態(tài)的方法，所述聚合層包含聚合的液晶單體，所述方法包括如下步驟a.將所述聚合的液晶層加熱到該層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，同時(shí)向所述聚合的液晶層局部施壓b.將所述聚合的液晶層冷卻至該層的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，同時(shí)在所述聚合的液晶層上局部保持壓力c.從所述聚合的液晶層除去壓力。
29.權(quán)利要求1-18中任意一項(xiàng)的傳感器在用于易腐爛貨物、食品、精細(xì)化學(xué)品、生物醫(yī)藥材料的包裝的標(biāo)簽中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能光學(xué)傳感器，其具有至少兩個(gè)對不同的輸入?yún)?shù)獨(dú)立起作用的區(qū)域，所述傳感器包含基板和聚合物層，所述聚合物層包含具有有序形態(tài)的聚合的液晶單體，其中，所述傳感器的顏色、反射率或雙折射率由于所述形態(tài)的變化而變化，其中所述形態(tài)的變化由與化學(xué)試劑諸如氣體或液體的物理接觸、溫度的變化、或時(shí)間的推移而引起。本發(fā)明還涉及一種用于制備傳感器的方法和含有單一基板、具有擔(dān)載液晶結(jié)構(gòu)的層的膜在用于易腐爛貨物、食品、精細(xì)化學(xué)品、生物醫(yī)藥材料的包裝的標(biāo)簽中的用途。
文檔編號G01K11/06GK102362161SQ201080012022
公開日2012年2月22日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者Y·韓, 丹尼爾·亞當(dāng)伯特·諾瓦克, 凱瑟琳·帕克奧, 歐斯特恩 卡斯帕·勞倫斯·范, 吉恩-皮埃爾·特尼森, 德克·J·波羅爾, 科尼利厄斯·威廉默斯·瑪麗亞·巴司蒂安森, 里恩吉·彼得·斯貝斯瑪 申請人:斯蒂茨丁荷蘭聚合物學(xué)會