本發(fā)明涉及一種傳感器，其通過在傳感器主體的表面包覆由母材和粒狀材料混合成的受體層，能夠?qū)z測對象物質(zhì)進(jìn)行高靈敏度且有選擇性的檢測。

背景技術(shù)：

對隨著檢測對象分子(被檢體分子)的吸附而產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化進(jìn)行檢測的傳感器，其類型多種多樣，被利用在各個領(lǐng)域。為了更容易地檢測物理參數(shù)的變化，通常，傳感器在用被稱作“受體層”的層包覆后，用于測定。由于能利用的受體材料根據(jù)以何種物理參數(shù)為對象而改變，因此，一直在進(jìn)行針對各傳感器的最佳受體層的開發(fā)。作為一個例子，有對隨著被檢體分子的吸附而在表面產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行檢測的一類表面應(yīng)力傳感器。可對這種傳感器的受體層提供自組裝單分子膜、dna/rna、蛋白質(zhì)、抗原/抗體、聚合物等多種物質(zhì)。

想要提高此種傳感器的靈敏度時，很多情況下，對受體層的物理以及化學(xué)特性進(jìn)行最優(yōu)化是很有效的。已報道的一個示例是，如非專利文獻(xiàn)1和2中所記載的那樣，受體物質(zhì)的楊氏模量(young'smodulus)和膜厚對表面應(yīng)力傳感器有特別大的影響。這種傾向通過以下的數(shù)學(xué)式表示。

[數(shù)學(xué)式1]

上式是關(guān)于非專利文獻(xiàn)1中所示的懸臂型表面應(yīng)力傳感器的公式。此處，δz是懸臂的撓曲量、wcは懸臂的寬度、lc是懸臂的長度、tc是懸臂的厚度、νc是懸臂的泊松比、ec是懸臂的楊氏模量、wf是受體層的寬、tf是受體層的厚度、νf是受體層的泊松比、ef是受體層的楊氏模量、εf是向受體層施加的應(yīng)變。如果在該數(shù)學(xué)式的基礎(chǔ)上計算靈敏度(此時，懸臂的撓曲量(deflection))，可知其很大程度地依賴于受體層的楊氏模量。也就是說，為了實現(xiàn)高靈敏度，針對如楊氏模量那樣的物理參數(shù)，需要設(shè)計具有其最佳值的受體層?；谏鲜?，以受體層的膜厚為參數(shù)，對楊氏模量和撓曲量(靈敏度)之間的關(guān)系作圖，示于圖1。此處，將懸臂的尺寸設(shè)為長度500μm、寬度100μm、厚度1μm，將材料設(shè)為硅，進(jìn)行計算。根據(jù)該圖可知以下事項。

a.當(dāng)膜厚固定時，從表面應(yīng)力傳感器靈敏度的觀點(diǎn)而言，受體層的楊氏模量存在最佳值，小于或大于該最佳值，靈敏度都會下降，以及

b.如果改變受體層的厚度，則最佳楊氏模量會變化。具體而言，受體層越薄，最佳楊氏模量越向更大一側(cè)移動，而且靈敏度也提高，而在楊氏模量較小的區(qū)域，反而存在受體層薄時則顯現(xiàn)不出靈敏度的趨勢。

另一方面，對于該種傳感器而言，為了使被檢體分子準(zhǔn)確地吸附，特別是需要設(shè)計具有化學(xué)選擇性的受體層。具體而言，需要根據(jù)被檢體分子的化學(xué)的性質(zhì)來設(shè)計受體層中所含的官能團(tuán)，并在穩(wěn)定的狀態(tài)下將其固定化在受體層中。

如上所述，對于對被檢體分子進(jìn)行測定的一類傳感器而言，為了使決定性的兩個重要的因素、也即靈敏度和選擇性最優(yōu)化，一般需要將物理特性和化學(xué)特性同時最優(yōu)化。然而，對此還沒有確立易于實現(xiàn)的有效方法，強(qiáng)烈需要早日實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

本發(fā)明的課題是，提供一種方法，該方法通過采用由母材和與其物理/化學(xué)特性不同的粒狀材料混合成的受體層，從而實現(xiàn)由粒狀材料的化學(xué)組成而帶來的對被檢體分子的選擇性，同時通過采用楊氏模量等物理特性不同的粒狀材料，使母材/粒狀材料復(fù)合體實現(xiàn)與母材不同的物理特性，從而實現(xiàn)高靈敏度。

解決問題的技術(shù)方案

本發(fā)明是一種傳感器，其具備：復(fù)合體受體層和傳感器主體，該復(fù)合體受體層包含母材和粒狀材料，該傳感器主體在表面上具有前述受體層，對被檢體分子吸附于前述受體層時產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化進(jìn)行檢測。

在此，前述物理參數(shù)可以是表面應(yīng)力、應(yīng)力、力、表面張力、壓力、質(zhì)量、彈性、楊氏模量、泊松比、共振頻率、頻率、體積、厚度、粘度、密度、磁力、磁荷、磁場、磁通量、磁通量密度、電阻、電量、介電常數(shù)、電功率、電場、電荷、電流、電壓、電位、遷移率、靜電能、電容、電感、電抗、電納、導(dǎo)納、阻抗、電導(dǎo)、等離子體激元、折射率、光度以及溫度中的一種或兩種以上。

另外，前述粒狀材料和前述母材可以具有相互不同的物理參數(shù)值。

另外，前述粒狀材料可以是納米粒子。

另外，前述母材可以是高分子系材料。

另外，前述高分子系材料可以是聚合物。

另外，前述粒狀材料可以是由多種化合物組成的多組分系材料。

另外，前述多組分系粒狀材料可以至少含有二氧化硅和二氧化鈦。

另外，前述粒狀材料的表面可以修飾一種或兩種以上的表面修飾基團(tuán)。

另外，前述表面修飾基團(tuán)中，至少有一種表面修飾基團(tuán)可以吸附前述被檢體分子。

另外，前述表面修飾基團(tuán)可以含有疏水性表面修飾基團(tuán)和親水性表面修飾基團(tuán)。

另外，可以通過將硅烷偶聯(lián)劑與粒狀材料原料共沉淀而使前述表面修飾基團(tuán)固定化于粒子表面。

另外，可以通過在預(yù)先合成的粒狀材料表面進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑的后處理而使前述表面修飾基團(tuán)固定化。

另外，前述表面修飾基團(tuán)可以是氨基丙基、苯基、烷基、巰基丙基、縮水甘油基、乙烯基、磺基、氟基當(dāng)中的一種或兩種以上。

另外，前述傳感器主體可以是表面應(yīng)力傳感器。

另外，前述母材和前述粒狀材料可以具有相互不同的楊氏模量。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，通過混合物理/化學(xué)性質(zhì)不同的粒狀材料，從而能夠?qū)崿F(xiàn)使用聚合物等單獨(dú)的母材難以實現(xiàn)的高靈敏度以及對多種被檢體分子的選擇性。更具體而言，例如，通過將一種聚合物作為受體層的母材并在其中添加化學(xué)組成、楊氏模量不同的粒狀材料，從而能夠同時且全面地控制靈敏度以及選擇性。換言之，如圖1的曲線所示，無論是哪種膜厚的受體層(母材的膜)，通過添加粒狀材料都能夠使楊氏模量在非常廣的范圍內(nèi)自由變化，所以，無論是哪種膜厚的受體層(母材的膜)，都能夠以沿著圖1的各個曲線的形式調(diào)整靈敏度。另外，對于選擇性，通過根據(jù)期望的被檢體而適當(dāng)選擇具有所需官能團(tuán)的粒狀材料并添加于母材，從而能夠在寬范圍內(nèi)自由地切換能檢測的被檢體。基于此，因為通過以有機(jī)合成反應(yīng)為代表的各種操作，不僅無需將母材本身的構(gòu)造改變成能顯現(xiàn)與被檢體分子之間的親和性的形式，而且能夠省略每次改變母材的種類時所需的對傳感器表面的涂布條件等的再探討過程，因此不僅有利于研究層面，而且有利于面向產(chǎn)業(yè)層面的實用化。

附圖說明

圖1是針對包覆了受體層的表面應(yīng)力傳感器，表示其靈敏度、受體層的楊氏模量、膜厚之間的關(guān)系的圖。

圖2是表示在實施例1中合成粒狀材料所利用的裝置構(gòu)成的一個示例的圖。

圖3是在實施例1中制作的具有不同的表面修飾基團(tuán)的粒狀材料的掃描型電子顯微鏡(sem)圖像。

圖4是將實施例1的粒狀材料添加于聚乙烯吡咯烷酮(pvp)并將其包覆于膜型表面應(yīng)力傳感器(mss)表面前后的光學(xué)顯微鏡圖像。

圖5是表示使用實施例1中的包覆pvp/粒狀材料復(fù)合體的mss以及作為其比較對象的包覆pvp的mss，對八種化合物進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。

圖6是將圖5的傳感器信號中的導(dǎo)入樣品氣體后30秒左右(要切換為吹掃氣體之前)的值抽出，并對各個測定的化合物進(jìn)行繪制的圖。

圖7是表示使用實施例2中的包覆次數(shù)不同的包覆pvp/粒狀材料復(fù)合體的mss，對八種化合物進(jìn)行測定的結(jié)果的圖。

圖8是將圖7的傳感器信號中的導(dǎo)入樣品氣體后30秒左右(要切換為吹掃氣體之前)的值抽出，并對各個測定的化合物進(jìn)行繪制的圖。

具體實施方式

本發(fā)明的傳感器具備復(fù)合體受體層(母材/粒狀材料復(fù)合體受體層)和傳感器主體，該復(fù)合體受體層包含母材和粒狀材料，該傳感器主體在表面上具有受體層，并對被檢體分子吸附于受體層時產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化進(jìn)行檢測。

具體而言，傳感器主體只要能檢測表面應(yīng)力、應(yīng)力、力、表面張力、壓力、質(zhì)量、彈性、楊氏模量、泊松比、共振頻率、頻率、體積、厚度、粘度、密度、磁力、磁荷、磁場、磁通量、磁通量密度、電阻、電量、介電常數(shù)、電功率、電場、電荷、電流、電壓、電位、遷移率、靜電能、電容、電感、電抗、電納、導(dǎo)納、阻抗、電導(dǎo)、等離子體激元、折射率、光度、溫度等其他的各種各樣的物理參數(shù)即可，其具體的構(gòu)成不受特別的限定。

該傳感器通過傳感器主體檢測因受體層吸附被檢體分子而引起的物理參數(shù)的變化。因此，對于能用于本發(fā)明的傳感器主體而言，只要其對因檢測對象物質(zhì)吸附于其表面上包覆的母材/粒狀材料復(fù)合體受體層而引起的受體層的變化進(jìn)行檢測，其結(jié)構(gòu)/動作等就不受特別的限定。例如，在使用表面應(yīng)力傳感器的情況下，其對因包覆其表面的母材/粒狀材料復(fù)合體受體層吸附檢測對象物質(zhì)而在該受體層中引起的應(yīng)力變化進(jìn)行檢測，并將信號輸出。需要注意的是，此處，吸附這一用語，不僅指物理吸附，而且也包括基于化學(xué)結(jié)合、生化作用的吸附在內(nèi)的最廣泛的含義。另外，用于受體層的復(fù)合體可以僅由母材和粒狀物質(zhì)組成，或者還可以添加其他的輔助成分(例如，提高粒子分散性的組分、用于實現(xiàn)僅采用母材成分而難以達(dá)到的物理/化學(xué)特性的改質(zhì)劑等)。母材自身也可以由多種物質(zhì)(例如多種聚合物)組成。

另外，傳感器主體表面的受體層的厚度(膜厚)能夠在考慮各種物理參數(shù)的檢測靈敏度等的基礎(chǔ)上適當(dāng)設(shè)計，例如，能夠例舉1nm～1000μm的范圍。此外，如果基于圖1考慮的話，只要受體層的膜厚在100nm～10μm的范圍，在通常使用的材料的楊氏模量的范圍(1mpa～1000gpa)內(nèi)，能將懸臂的撓曲量設(shè)為最大。另外，假設(shè)受體層由具有非常多的空孔的材料構(gòu)成時，楊氏模量有時小于1mpa，即使在那樣的情況下，從使懸臂的撓曲量最大化的觀點(diǎn)出發(fā)，受體層的膜厚優(yōu)選為100nm～1000μm的范圍。

在本發(fā)明的母材/粒狀材料復(fù)合體受體層中使用的粒狀材料，只要滿足具有與聚合物等母材不同的物理/化學(xué)特性這一前提條件，就可以是任意形狀及結(jié)構(gòu)。對于粒狀材料的粒子尺寸，只要能分散于母材中即可，并無特別的限制，但從易于定義本體相(bulk)的物理特性并能進(jìn)行定量討論的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為納米粒子。此處，納米粒子是指粒子尺寸是1nm～100nm的粒子。

作為粒狀材料的粒子的形狀，可以是各向同性也可以是各向異性。粒子結(jié)構(gòu)可以是致密結(jié)構(gòu)、多孔質(zhì)或中空等稀疏結(jié)構(gòu)、核殼型結(jié)構(gòu)等的粒子。進(jìn)一步，在粒狀材料的表面，能夠根據(jù)檢測對象物適當(dāng)固定一種或兩種以上的任意的表面修飾基團(tuán)。例如，當(dāng)粒狀材料具有兩種以上的表面修飾基團(tuán)時，優(yōu)選含有疏水性表面修飾基團(tuán)和親水性表面修飾基團(tuán)。另外，優(yōu)選的是，表面修飾基團(tuán)中，至少有一種表面修飾基團(tuán)吸附被檢體分子。

進(jìn)一步，例如，既能夠通過將硅烷偶聯(lián)劑與粒狀材料原料共沉淀而使表面修飾基團(tuán)固定化于粒子表面，又能夠通過在預(yù)先合成的粒狀材料表面進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑的后處理而使表面修飾基團(tuán)固定化。另外，可以組合具有硫醇基的分子、膦酸等，除此以外，還可以組合高分子、生物相關(guān)分子。

作為這樣的表面修飾基團(tuán)，例如可以舉出：氨基丙基、苯基、烷基、巰基丙基、縮水甘油基、乙烯基、磺基、氟基中的一種或兩種以上。

作為構(gòu)成粒狀材料的粒子的物質(zhì)，只要滿足具有與母材不同的物理/化學(xué)特性這一條件，就可以是任何物質(zhì)。例如，能夠優(yōu)選舉出金屬等單質(zhì)、或氧化物、硫化物等化合物、無機(jī)有機(jī)混合物等。另外，粒狀材料優(yōu)選為例如，由包含二氧化硅和二氧化鈦等的多種化合物組成的多組分系材料。

需要說明的是，將本發(fā)明應(yīng)用于mss等表面應(yīng)力傳感器時，如果母材是聚合物等柔軟的材料，期望粒子的楊氏模量大于母材。相反地，當(dāng)母材是一定程度的硬的物質(zhì)時，有時期望粒子采用使復(fù)合體受體層整體的楊氏模量變小的材料，如聚合物粒子、氣泡等。即，優(yōu)選粒狀材料和母材具有互不相同的物理參數(shù)值。

另外，前述粒狀材料可以是通過任何方法合成的材料。具體而言，從均一溶液中的析出反應(yīng)、利用了乳液的模擬均一體系中的反應(yīng)，至利用了噴霧干燥、熱分解的在氣相中的反應(yīng)、球磨等固相反應(yīng)，并無特別的限定。

作為被母材/粒狀材料復(fù)合體受體層包覆的傳感器主體的一個示例，能舉出表面應(yīng)力傳感器，其形狀、材質(zhì)、尺寸等不受特別的限定，能夠使用任何物體。例如能夠優(yōu)選地舉出一處或多處被支持的薄片狀部件。此外，能夠采用例如雙支撐臂等兩處或更多處被支持的薄片狀的物體、膜體等各種形態(tài)的物體。

用于將母材/粒狀材料復(fù)合體受體包覆于傳感器表面的方法，可以是浸涂、噴涂、旋涂、噴墨涂布、澆鑄(casting)、使用刮刀的包覆等，并無特別限定。

另外，用作受體層的粒狀材料，只要其自身高效地吸附期望的被檢體分子，就可以直接使用這樣的粒狀材料?；蛘?，通過用特定的表面修飾基團(tuán)修飾粒狀材料，能夠使其吸附期望的被檢體分子、或者提高吸附效率、或者提高吸附物質(zhì)的選擇性等，實現(xiàn)檢測性能的改善。另外，利用表面修飾基團(tuán)進(jìn)行的修飾可以出于與被檢體分子的吸附?jīng)]有直接關(guān)系的目的、例如提高粒子相互的結(jié)合性、與基板的接合性等、提高包覆母材/粒狀材料復(fù)合體的傳感器的耐久性、耐環(huán)境性等。

此處，認(rèn)為在母材/粒狀材料復(fù)合體層中，大部分或全部的粒狀材料表面被母材覆蓋的情況非常多。即使在該情況下，當(dāng)母材為聚合物等時，被檢體分子也能透過母材的覆膜而容易地到達(dá)粒狀材料?；蛘?，即使使用被檢體分子不易透過的母材，當(dāng)該包覆厚度極薄時、或當(dāng)覆膜中存在足夠的數(shù)量/尺寸的針孔等時，被檢體分子仍然能很容易到達(dá)粒狀材料。因此，期望根據(jù)被檢體分子、所需的檢測靈敏度、使用環(huán)境等，對使用的母材、粒狀材料、包覆體中兩者的混合比、包覆體層的厚度、母材中的添加劑等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

對于選擇性而言，需要注意的是，也可以將由母材中的官能團(tuán)等帶來的母材自身的選擇性和粒狀材料具有的選擇性組合利用。一個示例是，當(dāng)采用在具有疏水性官能團(tuán)的母材中混合了具有親水性官能團(tuán)的粒狀材料而成的復(fù)合體層時，能高效地吸附兩性化合物。

實施例

以下，基于實施例進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明，當(dāng)然，本發(fā)明并不受這些實施例的限定。

＜實施例1＞由具有各種表面修飾基團(tuán)的pvp/二氧化硅-二氧化鈦混合粒狀材料復(fù)合體包覆的mss

以下，對一個實施例進(jìn)行說明，該實施例將具有各種表面修飾基團(tuán)的粒狀材料和作為母材的聚合物復(fù)合化，以其為受體層包覆傳感器，并用該傳感器進(jìn)行測定。

通過正硅酸乙酯或各種硅烷偶聯(lián)劑與四異丙醇鈦(ttip)在溶解了十八烷基胺(oda)的氨堿性異丙醇(ipa)水溶液中的共水解、縮合聚合反應(yīng)，合成了上述具有各種表面修飾基團(tuán)的二氧化硅-二氧化鈦混合粒狀材料。此處，使用了3-氨基丙基三乙氧基硅烷以及苯基三乙氧基硅烷作為硅烷偶聯(lián)劑。用微米尺寸的具有y字型流路的特氟龍(teflon)(注冊商標(biāo))制的微型反應(yīng)器實施上述合成反應(yīng)(圖2)(非專利文獻(xiàn)3)。前驅(qū)溶液是：溶液1：硅醇鹽或各種硅烷偶聯(lián)劑/ipa、溶液2：h2o/ipa/氨、溶液3：ttip/ipa、溶液4：h2o/ipa，制備相同體積的溶液1至溶液4。通過注射泵，同時地以一定的速度輸送前驅(qū)溶液。將溶液1和溶液2、溶液3和溶液4分別在并列的微型反應(yīng)器內(nèi)混合，并通過將來自兩反應(yīng)器的吐出液進(jìn)一步在其他微型反應(yīng)器內(nèi)混合，制成一個反應(yīng)液。反應(yīng)液向預(yù)先另行制備的前驅(qū)溶液5：oda/h2o/ipa中吐出，并以一定速度攪拌至吐出結(jié)束為止。然后，在室溫條件下靜置，得到了上述粒狀材料的分散液。將通過sem觀察的粒子圖像示于圖3。

在此，對于本實施例中合成的粒狀材料而言，根據(jù)合成時使用的醇鹽或硅烷偶聯(lián)劑的種類，該粒狀材料是具有氨基丙基或苯基的二氧化硅-二氧化鈦混合粒子，或者是不具有特定的修飾基團(tuán)的二氧化硅-二氧化鈦混合粒子。但是，需要注意的是，這三種粒狀材料全部是在oda共存下合成的，因此粒子結(jié)構(gòu)中包含十八烷基。

作為添加上述粒狀材料的聚合物，在此使用了作為常用的一種聚合物的聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。通過將一定量的pvp、上述粒子分散液、水和ipa混合，以pvp濃度和粒子濃度都成為1g/l的方式進(jìn)行了制備。照射超聲波，通過目視確認(rèn)粒子分散后，立刻用噴涂機(jī)在傳感器芯片上進(jìn)行噴霧、干燥。傳感器使用了專利文獻(xiàn)1提出的具有膜型結(jié)構(gòu)的壓電電阻型mss。

將本實施例中制成的、包覆pvp/二氧化硅-二氧化鈦混合粒狀材料復(fù)合體后的mss的光學(xué)顯微鏡圖像示于圖4。通過與包覆前相比，能夠確認(rèn)膜結(jié)構(gòu)整體已被包覆。

接著，對水以及易溶/難溶于水的化學(xué)物種進(jìn)行了測定。具體而言，通過將水、甲醛(福爾馬林)、乙醇、ipa、己烷、庚烷、苯、甲苯這八種分別分取至小藥瓶(vial)，以100ml/min向其中流入作為載氣的氮?dú)?，從而制成含有一定量的樣品蒸汽的氣體，并將其導(dǎo)入收納有mss的密閉室。將各樣品蒸汽的測定結(jié)果示于圖5和圖6。作為比較對象，將使用相同的噴涂機(jī)將pvp(1g/l溶液)包覆于相同結(jié)構(gòu)的壓電電阻型mss并進(jìn)行測定的結(jié)果、以及使用未進(jìn)行任何包覆的mss進(jìn)行測定的結(jié)果也示于圖5以及圖6中(利用未進(jìn)行任何包覆的mss(圖中為“mssbare”)進(jìn)行測定的結(jié)果僅示于圖6)。需要說明的是，圖6中的“pvp”表示僅包覆了不含粒狀材料的pvp的傳感器，“pvpnps”表示由含有不具有表面修飾基團(tuán)的粒狀材料的pvp包覆的傳感器，“pvpnh2nps”表示由含有用氨基丙基修飾的粒狀材料的pvp包覆的傳感器，“pvpphnps”表示由含有用苯基修飾的粒狀材料的pvp包覆的傳感器。

在僅包覆了pvp的情況下(圖6中的“pvp”)，對于易溶于水的化合物有響應(yīng)，而對于難溶的化合物的響應(yīng)很微弱。該現(xiàn)象能夠通過pvp自身是易溶于水的聚合物而得到說明。在添加了用苯基修飾的粒子的情況(圖6中的“pvpphnps”)下，可知對于易溶于水的化合物的響應(yīng)基本不變，而對于難溶于水的化合物的響應(yīng)得到改善。相對于對水的響應(yīng)信號強(qiáng)度的相對信號強(qiáng)度，難溶于水的四種化合物全都大致為1以上，認(rèn)為是導(dǎo)入了疏水性的苯基的影響。在不具有特定的修飾基團(tuán)的二氧化硅-二氧化鈦混合粒子的情況下，對于難溶于水的四種化合物的響應(yīng)得以改善，認(rèn)為這是因為在結(jié)構(gòu)中存在疏水性十八烷基。另一方面，在添加了用親水性氨基丙基修飾的粒子的情況下(圖6中的“pvpnh2nps”)，對于易溶于水的化合物的響應(yīng)顯著改善。由上所述，依據(jù)添加的粒狀材料的表面特性，能夠控制受體層對被檢體分子的選擇性。

＜實施例2＞通過將二氧化硅-二氧化鈦混合粒狀材料添加于pvp來制作高楊氏模量的復(fù)合體以及實現(xiàn)mss的高靈敏度化

從圖4的光學(xué)顯微鏡圖像可知，在添加了用氨基丙基修飾的粒子的示例中，傳感器表面整體被比較均勻地包覆。此處，為了討論復(fù)合體的楊氏模量的影響，考慮添加了用氨基丙基修飾的粒子的情況。

二氧化硅和二氧化鈦的楊氏模量約為70gpa和200gpa左右，在本實施例使用的混合粒子的情況下，考慮基于由制作該粒子時加入的原料計算的二氧化硅和二氧化鈦的重量比的加權(quán)平均，推測為100gpa左右。pvp的楊氏模量約為2gpa左右，基于此，能夠粗略估算出本實施例的pvp/粒狀材料復(fù)合體受體層的楊氏模量約為50gpa。通過膜厚計對復(fù)合體包覆的膜厚進(jìn)行了估算，結(jié)果大約是100～200nm。根據(jù)非專利文獻(xiàn)1，在膜厚為100～200nm的條件下對楊氏模量為2gpa和50gpa時的靈敏度進(jìn)行比較時，后者有可能大幾倍左右(也參考圖1，該圖表示以膜壓為參數(shù)時的楊氏模量與靈敏度之間的關(guān)系)。由圖5和圖6可知，例如對于易溶于水的化合物的靈敏度已經(jīng)變成大約2倍以上，意味著楊氏模量具有貢獻(xiàn)。

接著，為了確認(rèn)是否存在如非專利文獻(xiàn)1所示那樣的靈敏度隨膜厚的增加而上升的趨勢，將上述pvp/氨基丙基修飾的粒子復(fù)合體反復(fù)地包覆在傳感器表面，進(jìn)行了上述八種化學(xué)物種的測定。其結(jié)果示于圖7和圖8。圖8中的“pvpnh2nps”表示由含有用氨基丙基修飾的粒狀材料的pvp包覆1次或多次(×1～10)而成的傳感器；“pvpphnps”表示由含有用苯基修飾的粒狀材料的pvp包覆20次(×20)或30次(×30)而成的傳感器。

對于水和甲醛，觀察到了靈敏度隨著膜厚的增加而逐漸上升的趨勢。另一方面，烷基越長等，化合物的疏水性越強(qiáng)，從而不能觀察到單調(diào)的靈敏度上升的傾向。更具體而言，確認(rèn)了從進(jìn)行了10次或20次噴涂時起，靈敏度降低。根據(jù)非專利文獻(xiàn)1已經(jīng)表明，當(dāng)楊氏模量一定時，存在能賦予最大靈敏度的膜厚，因此，能解釋為本次的結(jié)果遵循這一趨勢。

此外，觀察圖1可知，想要實現(xiàn)高靈敏度時，膜厚薄且楊氏模量大的受體層更有利。但是，楊氏模量大、也即硬的材料通常有難以吸收、透過被檢體的趨勢，因此，使用楊氏模量大的材料并不一定能實現(xiàn)高靈敏度。例如，如果使用金剛石膜，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)具有非常大的楊氏模量的膜，但是，被檢體不能進(jìn)入該膜的內(nèi)部。其結(jié)果是，使用金剛石作為母材的受體層基本上不會產(chǎn)生形變，檢測靈敏度變得極低。因此，在原理上，只要使用除了楊氏模量高、膜厚薄以外，還易于使被檢體透過/吸收的母體材料，就能實現(xiàn)高檢測靈敏度，但是，在現(xiàn)實中從作為母材易于處理且將常用的材料功能化的方面考慮，使用聚合物作為母材是有利的。

另一方面，對于水和甲醛，仍然具有靈敏度上升的趨勢，其理由僅通過楊氏模量、膜厚的物理參數(shù)難以說明，推測是因與受體表面的化學(xué)相互作用的貢獻(xiàn)而導(dǎo)致的。

另外，通過用親水性表面修飾基團(tuán)和比該親水性表面修飾基團(tuán)更長的疏水性表面修飾基團(tuán)這兩者來修飾粒狀材料表面，能使該表面在宏觀上為疏水性而在微觀上為親水性。例如，對于本實施例中制作的用氨基丙基修飾的粒子表面而言，除氨基丙基以外，還用十八烷基進(jìn)行表面修飾，當(dāng)粒狀材料表面成為如此狀態(tài)時，由于鏈長較長的十八烷基的存在，在宏觀上是疏水的；而由于氨基丙基共存，在微觀上存在很多吸附水的位點(diǎn)?；诖?，實現(xiàn)了排斥液體狀態(tài)等塊(bulk)狀的水而吸附水蒸汽(換言之，即分散于氣體中的狀態(tài)的水分子，而不是塊狀的水)的狀態(tài)。

十八烷基和氨基丙基的鏈長是幾至1nm左右，基于此，可認(rèn)為例如通過將本實施例的包覆氨基丙基粒子/pvp的mss設(shè)置于溶解了具有氨基和親和性的分子(蛋白質(zhì)等)的水中，從而能夠以從水中選擇性地僅抽取被檢體分子的方式進(jìn)行吸附。由以上可知，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)氣體中的測定，而且能夠?qū)崿F(xiàn)以往的示例中沒有的液體中的測定，例如直接檢測血液中的各種氣體的濃度等。

在本實施例的氨基丙基/十八烷基表面修飾粒子表面，親水性修飾基團(tuán)和疏水性修飾基團(tuán)能夠周期性地或大致周期性地混合存在，這是因為該粒子是二氧化硅-二氧化鈦混合納米粒子，與各修飾基團(tuán)結(jié)合的二氧化硅部分和二氧化鈦部分在其表面上反復(fù)出現(xiàn)。制造多種材料在表面如此地反復(fù)出現(xiàn)的粒子時，只要如實施例1所示地使多種醇鹽在有機(jī)物存在下混合并反應(yīng)即可。另外，在控制通過該反應(yīng)制造的粒子的尺寸及形狀時，例如，只要如實施例1所示地使用流程合成(フロー合成)的方法即可。

無論在哪種情況下都表明，作為本發(fā)明的課題，能通過控制受體層的物理參數(shù)(此處為楊氏模量)而使靈敏度上升。

工業(yè)實用性

如以上詳細(xì)地說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，通過使用母材/粒狀材料復(fù)合體作為受體層材料，由此，與單獨(dú)采用母材構(gòu)成受體層的情況相比，能夠以明顯更高的自由度實現(xiàn)對測定產(chǎn)生影響的受體層的物理/化學(xué)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度和高選擇性，所以期待本發(fā)明對在傳感器主體表面上設(shè)置受體層的傳感器的領(lǐng)域具有巨大貢獻(xiàn)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：g.yoshikawa,"mechanicalanalysisandoptimizationofamicrocantileversensorcoatedwithasolidreceptorfilm,"appl.phys.lett.98,173502-1-173502-3(2011).

非專利文獻(xiàn)2：g.yoshikawa,c.j.y.leeandk.shiba,"effectsofcoatingmaterialsontwodimensionalstress-induceddeflectionofnanomechanicalsensors,"j.nanosci.nanotechnol.14,2908-2912(2013).

非專利文獻(xiàn)3：k.shibaandm.ogawa,"microfluidicsynthesesofwell-definedsub-micronnanoporoustitaniasphericalparticles,"chem.commun.6851-6853(2009).