專利名稱：具有微孔有機(jī)硅材料的有機(jī)化學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器和感測(cè)元件，包括適用于檢測(cè)或監(jiān)測(cè)環(huán)境中有機(jī)化學(xué)被分析物的感測(cè)元件。所述傳感器和感測(cè)元件包括微孔有機(jī)硅材料。
背景技術(shù)：
檢測(cè)化學(xué)被分析物(尤其是有機(jī)化學(xué)被分析物)的能力在許多應(yīng)用(包括環(huán)境監(jiān)測(cè)等等)中是重要的。這種對(duì)有機(jī)分子的檢測(cè)和/或監(jiān)測(cè)尤其可以用于(例如)所謂的使用壽命結(jié)束指示器中，該指示器是個(gè)人防護(hù)設(shè)備(例如呼吸器)所需的。已經(jīng)開發(fā)出許多用于檢測(cè)化學(xué)被分析物的方法，例如光學(xué)、重量分析、微電子機(jī)械等方法。具體地講，已經(jīng)開發(fā)出監(jiān)測(cè)電氣特性(例如電容、阻抗、電阻等)的傳感器。這類傳感器常常依賴于被分析物被吸附到材料上或吸收到其中時(shí)材料電氣特性發(fā)生的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括用于感測(cè)有機(jī)化學(xué)被分析物的感測(cè)元件，該感測(cè)元件包括第一電極、 第二電極、和對(duì)被分析物響應(yīng)的微孔疏水性有機(jī)硅材料，該材料設(shè)置為至少靠近第一電極和第二電極。微孔有機(jī)硅材料限定孔隙體積。孔隙體積為微孔的體積，其中至少50%的孔隙體積包括直徑為小于2納米的孔隙。本發(fā)明還公開了感測(cè)有機(jī)化學(xué)被分析物的方法。這些方法包括提供傳感器，傳感器包括感測(cè)元件和操作電路，感測(cè)元件包括第一電極、第二電極、和對(duì)被分析物響應(yīng)的基本上微孔無定形疏水性有機(jī)硅材料，該材料設(shè)置為至少靠近第一電極和第二電極，其中對(duì)被分析物響應(yīng)的基本上微孔無定形疏水性有機(jī)硅材料包括微孔，該微孔限定孔隙體積，操作電路與第一電極和第二電極電氣連通，其中操作電路能夠向第一電極和第二電極施加電壓并且能夠檢測(cè)感測(cè)元件的電氣特性的變化，使感測(cè)元件暴露于環(huán)境中，環(huán)境可能包含一種或多種有機(jī)化學(xué)被分析物，向第一電極和第二電極施加電壓，以及監(jiān)測(cè)感測(cè)元件的電氣特性。在一些實(shí)施例中，被監(jiān)測(cè)的電氣特性為電容特性。


圖1為采用平行板構(gòu)造的示例性感測(cè)元件的側(cè)視圖。圖2為采用叉指狀構(gòu)造的示例性感測(cè)元件的俯視圖。圖加為沿圖2中標(biāo)記為“2a”的線截取的圖2的示例性感測(cè)元件的剖視圖。圖3為采用叉指狀構(gòu)造的示例性感測(cè)元件的透視圖。圖4為包含多個(gè)串聯(lián)平行板電容器的示例性感測(cè)元件的側(cè)視圖。圖5為具有多個(gè)串聯(lián)平行板電容器的感測(cè)元件的示例性感測(cè)元件的所測(cè)得電容與多種含量的有機(jī)被分析物接觸時(shí)間的函數(shù)圖。在上述多張圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同的元件。除非另外指明，否則本文件中所有附圖均未按比例繪制，并且選擇這些附圖的目的是為了示出不同實(shí)施例。具體地講，多種組件的尺寸僅采用說明性術(shù)語進(jìn)行描述，不應(yīng)從附圖推斷多種組件的尺寸之間的任何關(guān)系。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括用于感測(cè)有機(jī)化學(xué)被分析物的感測(cè)元件，該感測(cè)元件包括第一電極、 第二電極、和對(duì)被分析物響應(yīng)的微孔疏水性有機(jī)硅材料，該材料設(shè)置為至少靠近第一電極和第二電極。術(shù)語“電容”和“與電容有關(guān)的特性”涵蓋任何電氣特性及其測(cè)定過程，這種測(cè)定過程通常與賦予電荷(無論是靜電荷還是時(shí)變電荷)和在賦予電荷期間和/或之后監(jiān)測(cè)電氣特性相關(guān)。這種特性不但包括電容，而且包括阻抗、導(dǎo)納、電阻、電導(dǎo)系數(shù)等，并且可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的多種方法測(cè)量。在上下文中，術(shù)語“微孔的”和“微孔性”意指材料具有大量?jī)?nèi)部互連的孔隙體積， 其中平均孔徑為小于約2nm。這種微孔性使得有機(jī)被分析物的分子(如果存在)能夠滲透材料的內(nèi)部孔隙體積，并且留在內(nèi)部孔隙中。這種被分析物在內(nèi)部孔隙中的存在可改變材料的介電性質(zhì)，使得介電常數(shù)(或任何其它合適的電氣特性)的變化可被觀測(cè)。在不受理論或機(jī)理限制的情況下，申請(qǐng)人認(rèn)為，憑借微孔有機(jī)硅材料，本發(fā)明所公開的感測(cè)元件1/101 可以具有的感測(cè)有機(jī)被分析物方面的有利性質(zhì)在于有機(jī)硅材料的電氣特性方面的可測(cè)量的變化可能由被分析物分子在孔隙中的存在所致。對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的這種微孔性可能有助于提高有機(jī)硅材料對(duì)少量有機(jī)被分析物的靈敏度。在上下文中，術(shù)語“對(duì)被分析物響應(yīng)的材料”意指這樣一種材料，該材料能夠吸收有機(jī)化學(xué)被分析物，并且在將有機(jī)被分析物吸收到該材料中時(shí)，在一些電氣特性方面可顯示具有可測(cè)量的變化。如本文所用，術(shù)語“微孔的”是指平均孔徑為小于約2納米的多孔材料。如本文所用，術(shù)語“疏水性”是指不吸水的組合物。組合物的疏水性可以通過多種方法測(cè)量，包括通過在給定時(shí)間內(nèi)給定相對(duì)濕度下測(cè)量水的吸附量。如本文所用，術(shù)語“無定形”是指基本上為非結(jié)晶態(tài)的組合物。當(dāng)用X射線衍射儀從0.5度至80度ΟΘ)掃描時(shí)，該組合物通常不會(huì)示出可分辨的X射線衍射圖。如本文所用，術(shù)語“有機(jī)硅”是指這樣一種組合物，該組合物為包含與某些有機(jī)官能團(tuán)R共價(jià)連接的三維硅網(wǎng)絡(luò)(-Si-O-Si-)的混合物，其中R是通過至少一個(gè)Si-C鍵連接到硅網(wǎng)絡(luò)的烴基或雜原子取代烴基。如本文所用，術(shù)語“烴基”是指包含碳?xì)滏I的基團(tuán)。烴基可以是直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的、或芳族的基團(tuán)。烴基的實(shí)例是烷基和芳基。如本文所用，術(shù)語“取代烴基”是包含一個(gè)或多個(gè)雜原子(例如氧、氮、硫、磷、硼、 鹵素(氟、氯、溴、或碘)、砷、錫或鉛)的烴基。雜原子可以是側(cè)鏈或垂鏈原子。如本文所用，術(shù)語“烷基”是指烷烴(飽和烴)基單價(jià)基團(tuán)。所述烷基可以是直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的基團(tuán)、或它們的組合，通常具有1至20個(gè)碳原子。在一些實(shí)施例中，所述烷基包含1至18個(gè)、1至12個(gè)、1至10個(gè)、1至8個(gè)、1至6個(gè)、或1至4個(gè)碳原子。烷基的實(shí)例包括(但不限于)甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、正己基、環(huán)己基、正庚基、正辛基、和乙基己基。
如本文所用，術(shù)語“芳基”是指芳族和碳環(huán)單價(jià)基團(tuán)。所述芳基可具有一至五個(gè)連接到或稠合到芳環(huán)的環(huán)。其它環(huán)結(jié)構(gòu)可以是芳族的、非芳族的結(jié)構(gòu)、或它們的組合。芳基的實(shí)例包括(但不限于)苯基、聯(lián)苯基、三聯(lián)苯基、蒽基、萘基、苊基、蒽醌基、菲基、蒽基、芘基、 茈基、和芴基。如本文所用，術(shù)語“亞烷基”是指烷烴基的二價(jià)基團(tuán)。所述亞烷基可以是直鏈的、 支鏈的、環(huán)狀的基團(tuán)、或它們的組合。所述亞烷基通常具有1至20個(gè)碳原子。在一些實(shí)施例中，所述亞烷基包含1至18、1至12、1至10、1至8、1至6、或1至4個(gè)碳原子。亞烷基的基中心可位于相同碳原子(即亞烷基)或不同碳原子上。如本文所用，術(shù)語“亞芳基”是指碳環(huán)和芳族二價(jià)基團(tuán)。所述基團(tuán)具有一至五個(gè)連接的、稠合的、或它們的組合的環(huán)。其它環(huán)可以是芳香性的、非芳香性的環(huán)、或它們的組合。 在一些實(shí)施例中，所述亞芳基具有最多5個(gè)環(huán)、最多4個(gè)環(huán)、最多3個(gè)環(huán)、最多2個(gè)環(huán)、或1 個(gè)芳環(huán)。例如，亞芳基可以是亞苯基。如本文所用，術(shù)語“亞芳烷基”是指由式-Ra-Ara-表示的二價(jià)基團(tuán)，其中Ra為亞烷基，Ara為亞芳基(即亞烷基被鍵合到亞芳基)。如本文所用，術(shù)語“烷氧基”是指由式-OR表示的基團(tuán)，其中R為烷基、芳基、或取代烷基。如本文所用，術(shù)語“乙酰氧基”是指由式-OC(O)CH3表示的基團(tuán)，其中C(O)是指羰基C = 0。如本文所用，術(shù)語“氨基”是指由式-NIi2表示的基團(tuán)，其中R為烷基、芳基、或取代焼基。 如本文所用，術(shù)語“孔徑”是孔隙的直徑，術(shù)語“孔隙體積”是指孔隙的體積。如本文所用，術(shù)語“成孔劑”是指有利于形成多孔結(jié)構(gòu)的材料。在上下文中，溶劑通常不視為成孔劑。如本文所用，術(shù)語“煅燒”是指將混合物(例如溶膠)加熱到熔點(diǎn)以下的溫度，以驅(qū)散揮發(fā)性物質(zhì)并形成有機(jī)硅網(wǎng)絡(luò)。如本文所用，術(shù)語“溶膠”是指在溶劑中包含反應(yīng)性有機(jī)硅材料的前體混合物，該溶劑在煅燒時(shí)形成連續(xù)有機(jī)硅網(wǎng)絡(luò)。參照?qǐng)D1和圖2，本文公開了感測(cè)元件1/101，該感測(cè)元件包括至少對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10/110，該有機(jī)硅層靠近第一電極20/120和第二電極30/130。下文將依次討論這些組件及其特征和性質(zhì)、以及其它任選組件及其特征和性質(zhì)。這些討論將參考以下兩者進(jìn)行圖1，該圖示出基于平行板電容器的一般構(gòu)造的示例性感測(cè)元件；圖2、圖加、和圖3，該圖示出基于叉指狀電容器的一般構(gòu)造的示例性感測(cè)元件。為了清楚起見，在描繪不同的一般構(gòu)造的圖中，對(duì)多種組件標(biāo)以不同的附圖標(biāo)記(一般來講，以100為單位增加)。 然而應(yīng)當(dāng)理解，除非另外說明，否則多種組件的結(jié)構(gòu)、組合物和性質(zhì)可以適用于任何電容性設(shè)計(jì)的感測(cè)元件。感測(cè)元件1/101被構(gòu)造為使得對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10/110足夠靠近第一電極20/120和第二電極30/130，以至于該層中包含的對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料能夠與電極建立的電場(chǎng)發(fā)生相互作用。在感測(cè)元件1/101的操作中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10/110在吸收一種或多種被分析物時(shí)顯示具有電氣特性的變化。在一個(gè)實(shí)施例中，電氣特性為如下述電容或與電容有關(guān)的特性。通過在介于第一電極20/120和第二電極30/130 之間賦予電荷差(如向該電極賦予電壓差)，并監(jiān)測(cè)感測(cè)元件為對(duì)被分析物的存在做出響應(yīng)而發(fā)生的特性變化，可測(cè)量這種與電容有關(guān)的特性的變化。如本文隨后所述，使用操作電路觀/1觀可完成這種監(jiān)測(cè)。對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10/110 ( 一般使用術(shù)語“層”并且涵蓋任何物理構(gòu)造) 包括至少部分的對(duì)被分析物響應(yīng)的無定形微孔疏水性有機(jī)硅材料。有機(jī)硅組合物為包含硅骨架以及有機(jī)官能團(tuán)的混合物組合物。有機(jī)硅組合物包含通過Si-O-Si鍵橋接的RSiO3單元，其中R可以是烴基或取代烴基。R基團(tuán)通過Si-C共價(jià)鍵鍵合到硅基質(zhì)。本發(fā)明的有機(jī)硅組合物可以描述為具有相對(duì)較高的有機(jī)物含量。有機(jī)硅組合物的相對(duì)較高的有機(jī)物含量是可取的特征，因?yàn)?，如下文所述，它可影響有機(jī)硅組合物的疏水性。相對(duì)較高的有機(jī)物含量可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，為賦予較高的有機(jī)物含量，可以存在多個(gè)RSiO3單元，其中R是相對(duì)較小的烴基，例如甲基、乙基、丙基等，或可以存在更少的RSiO3單元，其中R是相對(duì)較大的烴基，例如芳基。各種有機(jī)官能團(tuán)(1 103單元中的R基)適用于有機(jī)硅組合物。有機(jī)官能團(tuán)可以是簡(jiǎn)單的烷基或亞烷基，例如甲基、乙基、丙基、亞甲基、亞乙基、亞丙基、等等，或更復(fù)雜的烷基或亞烷基。有機(jī)官能團(tuán)還可以是芳香族基團(tuán)，例如芳基、取代芳基等。在一些實(shí)施例中， R基可以是連接兩個(gè)SiO3單元的亞烷基或亞芳基(如-O3Si-R-SiO3-)。合適的芳基和亞芳基的實(shí)例包括(例如)苯基、甲苯基、萘基、亞苯基、甲苯烯基、雙苯基、等等。在一些實(shí)施例中，有機(jī)硅組合物可以包含至少一些芳香族成分(即芳基和/或亞芳基)。特別合適的是連接了 2個(gè)硅原子的亞芳基，因?yàn)閾?jù)信剛性芳香環(huán)有助于提供所需的孔隙結(jié)構(gòu)。特別合適的芳基和亞芳基是苯基、萘基、和雙苯基。有機(jī)硅的有機(jī)官能團(tuán)性質(zhì)往往使得組合物具有疏水性，因?yàn)橛袡C(jī)基團(tuán)具有天然親脂性(字面意義為“親油性”)并且與其它有機(jī)官能團(tuán)物質(zhì)的相容性優(yōu)于與水的相容性。組合物的疏水性使得這些材料不太容易從大氣環(huán)境吸附水分。從大氣環(huán)境中吸附水分是不可取的，尤其是在這些材料用于需要感測(cè)有機(jī)分子的傳感器應(yīng)用的情況下。如果孔隙擬從環(huán)境中顯著吸附水分，那么孔隙吸附所關(guān)注的有機(jī)被分析物的能力將降低。然而，因?yàn)榻M合物具有疏水性，這使得它們相對(duì)不易受環(huán)境中水分的影響。可通過多種方法測(cè)定疏水性。特別可用的一種技術(shù)是使疏水性、無定形、實(shí)質(zhì)上微孔的有機(jī)硅組合物于給定相對(duì)濕度(例如在室溫下50%相對(duì)濕度)的環(huán)境中暴露足夠的時(shí)間，使得吸附的水和大氣環(huán)境中的水達(dá)到平衡。通過繪制時(shí)間與吸附量的關(guān)系曲線圖并觀察曲線平直部分，可測(cè)定該平衡狀態(tài)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在50 %相對(duì)濕度的平衡狀態(tài)下，膜將水吸附到小于50%的可用孔隙體積中。在一些實(shí)施例中，在50%相對(duì)濕度的平衡狀態(tài)下，膜將水吸附到小于30%的可用孔隙體積中。有機(jī)硅組合物為無定形或基本上為無定形的，意味著它們不含或基本上不含結(jié)晶度。不受理論的束縛，據(jù)信無定形有機(jī)硅包含更多樣的多孔結(jié)構(gòu)，從而使得它們?cè)?例如) 傳感應(yīng)用中適用于各種被分析物。有機(jī)硅組合物的無定形性質(zhì)可(例如)通過使用X射線衍射儀測(cè)定。當(dāng)用X射線衍射儀從0.5度至80度O Θ)掃描時(shí)，該組合物通常不會(huì)顯示可分辨的X射線衍射圖。所謂“沒有可分辨的X射線衍射圖”意指X射線衍射數(shù)據(jù)基本無特征，從而表明無結(jié)構(gòu)次序存在的證據(jù)。有機(jī)硅組合物是實(shí)質(zhì)上微孔的。已通過多種不同方法對(duì)多孔材料進(jìn)行分類。IUPAC 對(duì)多孔材料的定義將平均孔徑為小于2納米的多孔材料定義為微孔，將平均孔徑為2-50納米的多孔材料定義為介孔，將平均孔徑為大于50納米的多孔材料定義為大孔。在本發(fā)明的有機(jī)硅組合物中，總孔隙體積的至少50%包括直徑為2. 0納米或更小的孔隙。在一些實(shí)施例中，總孔隙體積的至少50%包括直徑為0. 6-1. 3納米的孔隙。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的膜由不含成孔劑的前體混合物來制備。在上下文中，成孔劑是指加入前體混合物以有助于形成多孔結(jié)構(gòu)的化合物。以不同目的加入反應(yīng)混合物的溶劑和其它組分不視為成孔劑。在其它實(shí)施例中，可以根據(jù)需要任選地加入成孔劑。通常前體混合物經(jīng)過制備、涂布在基底上并加熱，以干燥和/或煅燒前體混合物， 以形成疏水性、無定形、實(shí)質(zhì)上微孔的有機(jī)硅膜。前體混合物可以包含多種不同的材料。合適的材料為溶劑、至少兩種可水解硅烷、 任選的成孔劑、和酸。如果所用的酸不是水性酸，也可以添加任選的水。通常前體混合物包含至少一種溶劑。該溶劑具有溶解和稀釋反應(yīng)物的作用并可用作在前體混合物中進(jìn)行水解和縮合反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)。該溶劑應(yīng)當(dāng)能夠至少部分地溶解反應(yīng)物。通常該溶劑可至少部分地與水混溶，因?yàn)槌３Ｊ褂盟栽噭缢运?。合適的溶劑包括(例如)醇類，例如甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇；酮類，例如丙酮和甲基乙基酮；醚類， 例如四氫呋喃；酯類，例如乙酸乙酯；酰胺類，例如二甲基甲酰胺；或它們的混合物。前體混合物包含至少一種可水解硅烷?？伤夤柰槭怯赏ㄊ絉n_{Si (Z)4Jx表示的化合物，其中R為χ價(jià)烴基或取代的烴基，χ為1或更大的整數(shù)，Z為可水解的基團(tuán)，并且 η為整數(shù)1、2或3。合適的可水解基團(tuán)包括烷氧基、鹵素、乙酰氧基或氨基。在一些實(shí)施例中，χ為1，η為1，R基為烴基，例如烷基或芳基，并且Z為烷氧基。在其它實(shí)施例中，χ為2， η為1，R為亞烷基、亞芳基、亞芳烷基，并且Z為烷氧基。在一些實(shí)施例中，前體混合物包含至少兩種可水解硅烷。在一些實(shí)施例中，前體混合物包含由通式結(jié)構(gòu)R1-Si (OR2)3表示的可水解硅烷，以及由通式結(jié)構(gòu)(R3O)3Si-R5-Si(OR4)3 表示的可水解硅烷，其中R1、R2> R3、和R4為烷基或芳基，并且R5為亞烷基、亞芳基或亞芳烷基。合適的可水解硅烷的實(shí)例包括(例如)甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、4，4’_ 二(三乙氧基甲硅烷基)-1，1’_聯(lián)苯等等。在一些實(shí)施例中，前體混合物包含苯基三甲氧基硅烷和4，4’ - 二(三乙氧基甲硅烷基)_1，1’ -聯(lián)苯。前體混合物中存在的可水解硅烷的量將根據(jù)可水解硅烷的性質(zhì)和形成的有機(jī)硅組合物的所需性質(zhì)變化。通常，可水解硅烷的含量為前體混合物總重量的約5-25重量％。前體混合物包含有助于可水解硅烷水解和縮合反應(yīng)的酸。可使用任何合適的酸， 只要其在水解反應(yīng)中與前體混合物和酸相容。合適的酸的實(shí)例包括(例如)有機(jī)酸、膦酸、 銨酸和礦物酸。有機(jī)酸包括(例如)羧酸(例如乙酸)、磺酸(例如烷基磺酸)、膦酸(例如由通式RP(O) (0!1)2表示的烷基膦酸，其中R為烷基)、和亞膦酸(例如由通式R2P(O) (OH) 表示的烷基亞膦酸，其中每一個(gè)R獨(dú)立地為烷基)。膦酸包括I^3PH+型化合物，其中每一個(gè)R 獨(dú)立地為氫或烷基或芳基。銨酸包括R3NH+型化合物，其中每一個(gè)R獨(dú)立地為氫或烷基或芳基。礦物酸是無機(jī)酸，包括(例如)鹽酸、硝酸、硫酸、硼酸、磷酸、氫氟酸等等。礦物酸通常以其水性形式使用，也就是說，該酸溶解于水中。一般來講，由于其有效性和易用性，使用水性礦物酸。在一些實(shí)施例中，該酸為水性鹽酸。前體混合物可以任選地包含至少一種成孔劑。成孔劑是有助于形成多孔結(jié)構(gòu)的材料。該成孔劑不會(huì)共價(jià)附接到有機(jī)硅組合物，并且通常在煅燒過程中或之后從有機(jī)硅組合物中移除。一般來講，成孔劑不包含任何可與前體混合物中的反應(yīng)性物質(zhì)反應(yīng)的官能團(tuán)。合適成孔劑的實(shí)例包括聚醚表面活性劑、烷基銨鹽、烴類(例如1，3，5_三甲基苯) 等等。在一些實(shí)施例中，成孔劑為銨鹽，例如為具有鹵素抗衡離子的烷基銨鹽。此類鹽的實(shí)例包括四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丙基氯化銨、四正丁基氯化銨、正辛基三甲基溴化銨、十烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、等等。正辛基三甲基溴化銨是一種特別合適的成孔劑。通常，前體混合物中存在的成孔劑的含量在1-25重量％范圍內(nèi)。可向前體混合物中加入其它任選的添加劑，只要它們不妨礙微孔結(jié)構(gòu)的形成。具體地講，尤其是如果不使用水性酸，可以向前體混合物中加入水?？蓪⑶绑w混合物沉積在基底上以形成層?；卓梢孕纬蓚鞲衅髟囊徊糠郑蚱淇梢允菚簳r(shí)基底，使得前體形成預(yù)成形的對(duì)被分析物敏感的有機(jī)硅材料薄膜?？梢允褂枚喾N涂布技術(shù)(例如為旋涂、浸涂、輥涂、噴涂)、和印刷技術(shù)(包括(例如)噴墨印刷和網(wǎng)版印刷)將前體沉積在基底上。旋涂是特別可用的?；卓梢允侨魏魏线m的基底，在其上希望制備有機(jī)硅層并且其可經(jīng)受煅燒步驟以形成有機(jī)硅層。基底的實(shí)例包括(例如)金屬和金屬氧化物板和金屬薄片、玻璃板、陶瓷板和陶瓷制品、硅片、能夠經(jīng)受煅燒步驟的聚合物(例如聚酰亞胺和硅樹脂)、等等。前體混合物一旦被涂布在基底上，通常就將經(jīng)受熱處理，以干燥和煅燒混合物。加熱步驟可以是相對(duì)低的溫度，例如為30-100°C。一般來講，加熱步驟涉及更高的溫度。通常，被涂布的前體混合物加熱到約200°C至約500°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實(shí)施例中，加熱步驟為加熱到約450°C。在熱處理后，可以進(jìn)行額外的任選工序。例如，可能有利的是用處理劑處理有機(jī)硅膜。處理劑可進(jìn)一步改性有機(jī)硅膜，以使其具有(例如)更大的疏水性。合適處理劑的實(shí)例為有機(jī)硅烷處理劑，例如烷基二硅氮烷(例如六甲基二硅氮烷)。可通過使該層暴露于六甲基二硅氮烷蒸氣中進(jìn)行此類處理。傳感器元件包括電極以及有機(jī)硅層。參照?qǐng)D1和圖2，第一電極20/120和第二電極30/130可包含任何合適的導(dǎo)電材料。可使用不同的材料(導(dǎo)電和/或不導(dǎo)電的材料) 的組合作為不同的層或作為混合物，只要具有足夠的整體導(dǎo)電性(如，電極材料的恒定電阻率為小于約10_2Ω ·ΠΙ)?？捎糜谥苽涞谝浑姌O和/或第二電極的材料的實(shí)例包括(但不限于)有機(jī)材料、無機(jī)材料、金屬、合金、和包含這些材料中的任何或所有的多種混合物和復(fù)合材料。在某些實(shí)施例中，可以使用被涂布的(例如，蒸鍍、濺鍍等)金屬或金屬氧化物、 或它們的組合。合適的導(dǎo)電材料包括(例如)鋁、錫、銦錫氧化物、金、銀、鉬、鈀、銅、等等。 在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)電極都具有相同的材料。在可供選擇的實(shí)施例中，第一電極和第二電極包括不同的材料。在多個(gè)實(shí)施例中，第一電極和第二電極中的任一者或兩者都可被有機(jī)被分析物滲透。就按照如圖1所示的平行板電容器的一般方式構(gòu)造的感測(cè)元件而言，這種電極滲透性可以特別可用。在這種情況下，如果第二電極30是可滲透的，則有機(jī)被分析物可通過主表面13進(jìn)入對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10，而不必通過邊緣15進(jìn)入對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10 (其可能是較慢的過程)。同樣，如果第一電極20是可滲透的，則有機(jī)被分析物可以能夠通過主表面11進(jìn)入對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10 (然而，如果背襯40對(duì)被分析物而言為不可滲透的，則以可滲透構(gòu)造提供第一電極20可能不可用)。在多個(gè)實(shí)施例中，電極可由于不連續(xù)而為被分析物可滲透的。在上下文中，術(shù)語 “不連續(xù)的”并不默示電極包括彼此未電接觸的單元(斑點(diǎn)、島狀物等)。相反，“不連續(xù)的” 意指在電極的整個(gè)邊界內(nèi)，一些區(qū)域不包含導(dǎo)電材料。這種不連續(xù)的電極可以是微觀不連續(xù)的。例如，電極可通過沉積(如通過涂布、噴墨印刷等)具有導(dǎo)電材料的粒子(如納米粒子)的溶膠形成。在這種情況下，電極含有充分接觸的導(dǎo)電粒子以確保電極具有導(dǎo)電性， 但在粒子之間具有足夠的空間以使得電極對(duì)有機(jī)被分析物而言為可滲透的。在其它實(shí)施例中，電極可具有宏觀不連續(xù)的結(jié)構(gòu)。例如，如果導(dǎo)電材料包含蒸鍍金屬(其通常為不可滲透的)，則可將導(dǎo)電金屬以圖案(例如，以網(wǎng)格圖案、或以“梳形”圖案)而不是作為連續(xù)層來沉積。參照?qǐng)D1和圖2，第一電極20/120的電可觸及區(qū)域25/125和第二電極30/130的電可觸及區(qū)域35/135被設(shè)置為使得可以通過這些區(qū)域?qū)⒉僮麟娐愤B接到感測(cè)元件。這種電可觸及區(qū)域可設(shè)置在任何方便的位置中。例如，這種電可觸及區(qū)域在圖1和圖 2的示例性圖中顯示在電極邊緣上，而在圖3的示例性圖中則顯示在電極的主表面(123和 133)上。在一個(gè)實(shí)施例中，連接裝置(如接觸墊或凸塊)22/122設(shè)置為接觸(如附接到) 第一電極20的可觸及區(qū)域，使得在介于感測(cè)元件1/101和操作電路之間實(shí)現(xiàn)電連接(例如通過附接線材M/1M)。相似地，可以設(shè)置為同樣與第二電極30的可觸及區(qū)域接觸的連接裝置32/132。在一個(gè)實(shí)施例中，可制備按平行板電容器的一般方式(如圖1的剖視圖中的示例性方式所示)構(gòu)造的感測(cè)元件1。在這種構(gòu)造中，感測(cè)元件具有兩個(gè)大致為平面的、平行的、 相反電極，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層存在于該電極之間并且防止這兩個(gè)電極之間直接電接觸。在用于制備這種感測(cè)元件的示例性方法中，提供了背襯40(其可以為材料的連續(xù)塊、層或膜)，其靠近電極中的至少一個(gè)，并且可以起到向成品感測(cè)元件提供物理強(qiáng)度和完整性的作用。可以使用任何合適的材料，包括玻璃、陶瓷、塑料等。在大規(guī)模生產(chǎn)過程中，可以使用聚合物膜(例如聚酯)。在一些實(shí)施例中，背襯為被分析物可滲透的材料(例如硅橡膠、微孔膜等)。在一個(gè)實(shí)施例中，在背襯40上設(shè)置了充當(dāng)?shù)谝浑姌O20的導(dǎo)電層。該導(dǎo)電層可以包含上述材料中的任何材料，包括導(dǎo)電材料和不導(dǎo)電材料的共混物或混合物，并且可以通過任何合適的方法沉積，包括(但不限于)旋涂、浸涂、網(wǎng)版印刷、轉(zhuǎn)涂、濺鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、或這種方法中的兩種或更多種的組合。在替代實(shí)施例中，可以通過在背襯40頂部上設(shè)置預(yù)制膜(如金屬箔、導(dǎo)電膠帶等)來形成導(dǎo)電層。如此前所述，該第一電極20可以作為連續(xù)層或不連續(xù)層提供。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電層被設(shè)置為使得電極20的第一表面21靠近和/或接觸背襯40的第一表面41的至少一部分。在可供選擇的實(shí)施例中，在介于電極20的第一表面21 的至少一部分和背襯40的第一表面41之間存在任選層。只要不妨礙感測(cè)元件1的功能，則這種任選層可以用于任何目的(例如增強(qiáng)介于第一電極20和背襯40之間的粘結(jié))。在制備感測(cè)元件1的過程中，也提供對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10被設(shè)置為使得層10的第一主表面11直接接觸第一電極20的第二表面23的至少一部分(保持第一電極20的至少一部分可觸及，以用于連接到操作電路)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過涂布方法(例如，包括(但不限于)旋涂、浸涂、如上所述的印刷技術(shù)、等等)將對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料設(shè)置為靠近第一電極。在某些實(shí)施例中， 電介質(zhì)材料以這樣的方式設(shè)置，以使可能起到危及感測(cè)元件的性能的作用的缺陷、針孔等的存在最小化。對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10也可通過其它方法提供。例如，可在第一電極的第二表面上設(shè)置對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的預(yù)成形薄膜。在可供選擇的實(shí)施例中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料可以顆粒形式(如作為粉末、作為懸浮液、或作為溶膠)提供，并且以這種形式沉積到第一電極上，以便形成顆粒涂層。如果需要，可以將這種材料壓實(shí)，以便形成對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的連續(xù)基質(zhì)。在多個(gè)實(shí)施例中，可通過將第二導(dǎo)電層設(shè)置為靠近對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10 來形成第二電極30。第二電極30可以包含上述導(dǎo)電材料，并且可以根據(jù)上述方法沉積。在某些實(shí)施例中(特別是在背襯40對(duì)被分析物而言為不可滲透的情況下)，第二電極可以包括不連續(xù)結(jié)構(gòu)(同樣如此前所述)，以便對(duì)有機(jī)被分析物而言為可被滲透的。參照?qǐng)D1，任選覆蓋層或阻擋層50可被設(shè)置為靠近電極中的至少一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋層50可設(shè)置在第二電極30的頂部上(保持第二電極30的某個(gè)區(qū)域可觸及， 以用于電接觸)。任何這種覆蓋層50都不應(yīng)顯著妨礙感測(cè)元件1的功能。例如，如果感測(cè)元件被構(gòu)造為使得所關(guān)注的被分析物必須穿過覆蓋層50以便到達(dá)對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10，則該覆蓋層應(yīng)當(dāng)對(duì)被分析物而言為可充分滲透的。覆蓋層50可以通過本領(lǐng)域已知的任何方法沉積，包括涂布(如旋涂、浸涂、溶劑涂布、蒸鍍、轉(zhuǎn)涂、網(wǎng)版印刷、柔性版印刷、等等)。在替代實(shí)施例中，覆蓋層50可包括設(shè)置在第二電極30上的預(yù)制層(如膜或帶)。在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋層50被設(shè)置為使得覆蓋層50 的第一表面51直接接觸第二電極30的第二表面33的至少一部分。覆蓋層的第二表面可以為感測(cè)元件的最外表面，或(如果需要)其本身可以接納額外的涂層或?qū)?。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極20的第二表面23和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10的第一主表面11直接接觸，兩者間沒有插入層。同樣，在一個(gè)實(shí)施例中，第二電極30的第一表面31和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10的第二主表面13直接接觸，兩者間沒有插入層。 圖1描繪了這種實(shí)施例。然而，也可以設(shè)想的是，介于第一電極20和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10之間、和/或介于第二電極30和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10之間可以存在其它任選層。在這種情況下，電極中的任一者或兩者都可以不直接接觸對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的表面中的一些或所有。例如，可以用粘結(jié)層提高介于電極和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層之間的粘結(jié)性?；蚩梢栽诮橛趯?duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層的表面和電極的表面之間設(shè)置鈍化層(例如二氧化硅層)，以便使電極之間的電弧放電的可能性最小化。在一些實(shí)施例中，可以使用多個(gè)這種任選層；或者單層可以具有多種功能。只要它們不會(huì)顯著妨礙感測(cè)元件的所需功能，就可以將任何這類任選層(例如上述粘結(jié)層、鈍化層、保護(hù)層、覆蓋層等)用于任何目的。例如，如果感測(cè)元件被構(gòu)造為使得所關(guān)注的被分析物必須穿過任選層以便到達(dá)對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層10，則該任選層應(yīng)當(dāng)對(duì)該被分析物而言為可充分滲透的。通常，多種層的邊緣可彼此齊平對(duì)齊(如圖1的示例性實(shí)施例所示)?；蛘撸喾N層可以與其它層重疊、和/或某些層的邊緣可以相對(duì)于其它層凹陷。在將對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料沉積在第一電極20的頂部上的過程中，應(yīng)當(dāng)在第一電極20上設(shè)置電可觸及區(qū)域25，以使介于電極和操作電路之間能夠電接觸。相似地，如果將覆蓋層置于第二電極30的頂部上，則應(yīng)當(dāng)相似地設(shè)置電可觸及區(qū)域35。這種電可觸及區(qū)域可設(shè)置在任何方便的位置中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)置與第一電極20的可觸及區(qū)域25電接觸的連接裝置(如接觸墊、凸塊等)22。相似地，可以設(shè)置同樣與第二電極 30的可觸及區(qū)域35接觸的連接裝置32。在另一個(gè)實(shí)施例中，可制備按照叉指狀電容器的一般方式構(gòu)造的感測(cè)元件。圖2 的俯視圖、圖加的剖視圖(沿圖2的線“加”截取)和圖3的透視圖示出了叉指狀感測(cè)元件的示例性實(shí)施例。在上下文中，術(shù)語“叉指狀”涵蓋了以叉指狀構(gòu)造存在的包括至少兩個(gè)電極的任何布置方式。這種構(gòu)造包括叉指狀梳形圖案(例如圖2、圖加和圖3所示)、以及本領(lǐng)域熟知的叉指狀螺旋型或螺線型圖案。所有這些設(shè)計(jì)都具有共同的特性即在大體上共面的叉指狀布置方式中存在(至少)兩個(gè)電極，并且在電極附近存在對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層，使得當(dāng)電極之間建立電場(chǎng)時(shí)，該層中包含的對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料能夠與電場(chǎng)相互作用。對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層/材料可以設(shè)置在電極之間(即在這兩個(gè)電極所處的平面內(nèi)，并且插入靠近第一電極和第二電極的任何兩個(gè)點(diǎn)之間的最近線性通道中)。 或者，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層/材料可以設(shè)置為使得雖然不與電極共面，但對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料至少暴露于兩個(gè)電極的相鄰的部分之間建立的邊緣電場(chǎng)中。在又一個(gè)替代實(shí)施例中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層可以同時(shí)設(shè)置在這兩個(gè)位置中。利用熟知的圖案化沉積材料的任何方法(如掩模氣相沉積、網(wǎng)版印刷、噴墨印刷) 將導(dǎo)電材料沉積為兩個(gè)叉指圖案，即可形成叉指狀電極?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)電極圖案的具體幾何/尺寸性質(zhì)(間距、高度、長(zhǎng)度等)。在一個(gè)實(shí)施例中，叉指狀電極設(shè)置在可以由上述材料構(gòu)成的背襯140上。第一電極120和第二電極130通常設(shè)置在相同背襯140上。在一個(gè)實(shí)施例(圖2、圖加和圖3所示)中，第一電極120的第一表面121、和第二電極130的第一表面131均直接接觸背襯140 的第一表面141的至少某個(gè)部分。在可供選擇的實(shí)施例中(未描繪)，介于電極120和/或 130與背襯140之間可存在任選層，該任選層類似于上述任選層，并且受到相同的問題和約束ο如圖2、圖2a、和圖3的示例性實(shí)施例所示，第一電極120和第二電極130的圖案化沉積可以讓背襯140的表面141 (或其上的任何任選層的表面)的某個(gè)區(qū)域暴露。然后可通過上述參照平行板型感測(cè)元件所述的類似方法，將對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層沉積到背襯140上。所沉積的對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料因而將填充兩個(gè)電極之間的空間(如圖2、圖加、和圖3所示空間117)。因此，在該實(shí)施例中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層110的第一表面111將直接接觸背襯140的表面141的至少一部分。如圖加和圖3所示，該沉積方法也可以引起對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層110覆蓋、并接觸第一電極的第二表面123和第二電極的第二表面133(除非有選擇地進(jìn)行沉積，如將電極中的一個(gè)或兩個(gè)均掩蓋)。因此，在多個(gè)實(shí)施例中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層110的第一表面111直接接觸第一電極 120的第二表面123、和/或第二電極130的第二表面133。在可供選擇的實(shí)施例中，任選層(圖2、圖加、或圖3中未示出)可以設(shè)置在第一電極120的第二表面123的頂部上、和/或第一電極130的第二表面133的頂部上。(在該實(shí)施例中，介于對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層110的第一表面111和第一電極120的第二表面123、和/或第二電極130的第二表面133之間可以不進(jìn)行直接接觸。)這種任選層可以起到與之前描述類似的作用(保護(hù)等)。然而，在叉指型感測(cè)元件中，一個(gè)或兩個(gè)電極的頂部上的任選層可以不必對(duì)被分析物而言為可滲透的，因?yàn)楸环治鑫锟梢圆槐赝ㄟ^滲透任選層到達(dá)對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層110的區(qū)域117。在一個(gè)實(shí)施例中，將任選覆蓋層150(其可以充當(dāng)保護(hù)層、絕緣層、裝飾層等)設(shè)置為使得覆蓋層150的第一表面151可以沉積在對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層110的第二表面 113的頂部上。任何這類覆蓋層都不應(yīng)顯著妨礙感測(cè)元件的功能(如，它對(duì)關(guān)注的被分析物而言應(yīng)當(dāng)為可充分滲透的)。該覆蓋層可以具有通過任何已知的涂布方法(如旋涂、浸涂、 溶劑涂布、蒸鍍、轉(zhuǎn)涂、網(wǎng)版印刷、柔性版印刷、等等)。在替代實(shí)施例中，覆蓋層150可包括設(shè)置在層110的第二表面113頂部上的預(yù)制層(如膜或帶)。在沉積對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料(以及任何任選覆蓋層)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在第一電極120上設(shè)置電可觸及區(qū)域125、和在第二電極130上設(shè)置可觸及區(qū)域135，以允許介于每一個(gè)電極和操作電路之間進(jìn)行電接觸。這種電可觸及區(qū)域可設(shè)置在任何方便的位置中。例如，這種電可觸及區(qū)域125和135在圖2的示例性說明中被示出位于電極的邊緣上，而在圖 3的示例性說明中被示出位于電極的表面123和133上。在一個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)置與第一電極120的可觸及區(qū)域125電接觸的連接裝置 (如接觸墊、凸塊等)122。相似地，可以設(shè)置同樣與第二電極130的可觸及區(qū)域135接觸的連接裝置132。為了便于制造，制備包含多個(gè)串聯(lián)平行板電容器的裝置可以為可用的。這類實(shí)施例的實(shí)例在圖4中示出。在制備感測(cè)元件201的過程中，也提供對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210被設(shè)置為使得層210的第一主表面211直接接觸第一電極220的第二表面223的至少一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，通過涂布方法(例如，包括(但不限于)旋涂、浸涂、如上所述的印刷技術(shù)、等等)將對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料設(shè)置為靠近第一電極。在某些實(shí)施例中， 材料以這樣的方式設(shè)置，以使可能起到危及感測(cè)元件的性能的作用的缺陷、針孔等的存在最小化。對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210也可通過其它方法提供。例如，可在第一電極的第二表面上設(shè)置對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的預(yù)成形薄膜。在多個(gè)實(shí)施例中，可通過將不連續(xù)的第二導(dǎo)電層設(shè)置為靠近對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210來形成第二電極230。第二電極230可以包含如上所述的導(dǎo)電材料，并且可以根據(jù)上述方法沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極220的第二表面223和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210 的第一主表面211直接接觸，兩者間沒有插入層。同樣，在一個(gè)實(shí)施例中，第二電極230的第一表面231和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210的第二主表面213直接接觸，兩者間沒有插入層。圖4描繪了這種實(shí)施例。然而，也可以設(shè)想的是，介于第一電極220和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210之間、和/或介于第二電極230和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210之間可以存在其它任選層。在這種情況下，電極中的任一者或兩者都可以不直接接觸對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的表面中的一些或所有。例如，可以用粘結(jié)層提高介于電極和對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層之間的粘結(jié)性?；蚩梢栽诮橛趯?duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層的表面和電極的表面之間設(shè)置鈍化層(例如二氧化硅層)，以便使電極之間的電弧放電的可能性最小化。在一些實(shí)施例中，可以使用多個(gè)這種任選層；或者單層可以具有多種功能。只要它們不會(huì)顯著妨礙感測(cè)元件的所需功能，就可以將任何這類任選層(例如上述粘結(jié)層、鈍化層、 保護(hù)層、覆蓋層等)用于任何目的。例如，如果感測(cè)元件被構(gòu)造為使得所關(guān)注的被分析物必須穿過任選層以便到達(dá)對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210，則該任選層應(yīng)當(dāng)對(duì)該被分析物而言為可充分滲透的。通常，多種層的邊緣可彼此齊平對(duì)齊(如圖4的示例性實(shí)施例所示)?；蛘?，多種層可以與其它層重疊、和/或某些層的邊緣可以相對(duì)于其它層凹陷。在沉積第二電極230的過程中，應(yīng)當(dāng)提供電可觸及區(qū)域235。這種電可觸及區(qū)域可設(shè)置在任何方便的位置中。在一個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)置與第二電極230的可觸及區(qū)域電接觸的連接裝置(如接觸墊、凸塊等)235。介于電極230和電可觸及區(qū)域235、界面233之間的接觸可以是直接接觸，或兩者之間可以有層。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電層被設(shè)置為使得電極220的第一表面221靠近和/或接觸任選背襯240的第一表面241的至少一部分。背襯240與前述背襯40和背襯140相同。在可供選擇的實(shí)施例中，在介于電極220的第一表面221的至少一部分和背襯MO的第一表面241之間存在任選層。只要不妨礙感測(cè)元件201的功能，則這種任選層可以用于任何目的(例如增強(qiáng)介于第一電極220與背襯240之間的粘結(jié))。在多個(gè)實(shí)施例中，第一電極和第二電極中的任一者或兩者都可被有機(jī)被分析物滲透。就按照如圖4所示的平行板電容器的一般方式構(gòu)造的感測(cè)元件而言，這種電極滲透性可以特別可用。在這種情況下，如果第二電極230是可滲透的，或即使它們不是可滲透的， 有機(jī)被分析物均可通過主表面213進(jìn)入對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210，而不必通過邊緣 215進(jìn)入對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層210 (其可能是較慢的過程)。同樣，如果第一電極220 是可滲透的，則有機(jī)被分析物可以能夠通過主表面211進(jìn)入對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層 210 (然而，如果背襯240對(duì)被分析物而言為不可滲透的，則以可滲透構(gòu)造提供第一電極220 可能不可用)。對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅層吸收足夠的被分析物時(shí)，與感測(cè)元件相關(guān)的電氣特性 (包括(但不限于)電容、阻抗、導(dǎo)納、電流、或電阻)可以發(fā)生可檢測(cè)的變化。這種可檢測(cè)的變化可以被與第一電極和第二電極電氣連通的操作電路觀/1觀/2觀檢測(cè)到。在上下文中，“操作電路”通常是指可用于向第一電極和第二電極施加電壓(從而向電極賦予電荷差)、和/或監(jiān)測(cè)感測(cè)元件的電氣特性的電氣設(shè)備，其中電氣特性可以響應(yīng)有機(jī)被分析物的存在而發(fā)生變化。在多個(gè)實(shí)施例中，操作電路可以監(jiān)測(cè)下列任何一種性質(zhì)或其組合電感、 電容、電壓、電阻、電導(dǎo)系數(shù)、電流、阻抗、相位角、功耗因子、或耗散。這種操作電路可以包括單個(gè)設(shè)備，該設(shè)備既向電極施加電壓、又監(jiān)測(cè)電氣特性。在可供選擇的實(shí)施例中，這種操作電路可以包括兩個(gè)單獨(dú)的設(shè)備，其中一個(gè)提供電壓、另一個(gè)監(jiān)測(cè)信號(hào)。操作電路可以通過線材ΜΛΜ和34/134連接到第一電極20/120和連接到第二電極30/130。在可供選擇的實(shí)施例中，操作電路可以設(shè)置為直接接觸第一電極和/或第二電極，這種接觸既可以通過連接裝置22/122和32/132來完成，也可以通過將操作電路的某個(gè)部分直接接觸每一個(gè)電極的電可觸及區(qū)域來完成。例如，操作電路可設(shè)置為駐留在電路板或柔性電路(其中的任一者也可充當(dāng)背襯40/140)上。然后可將第一電極直接沉積到電路板/背襯40上，使得它直接接觸操作電路的一部分。在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例(圖 4)中，第二電極230通過連接裝置235和線材224、234連接到操作電路。該布置方式提供了 2個(gè)串聯(lián)運(yùn)行的感測(cè)元件。操作電路觀/1觀/2觀可以包括(例如)電源(其可以包括電池或硬連線的電源； 作為另外一種選擇，也可以通過(例如)內(nèi)置到工作電路中的RFID電路的充電間接提供電源)。操作電路觀/1觀/2觀也可以包括一個(gè)或多個(gè)微處理器，其被構(gòu)造為控制電極的充電和/或監(jiān)測(cè)被充電的感測(cè)電極對(duì)的一個(gè)或多個(gè)電氣特性的變化。另外提供的有模數(shù)轉(zhuǎn)換器、用于保存來自感測(cè)元件的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置、用于操作感測(cè)元件的軟件、提供數(shù)據(jù)記錄和 /或單向或雙向遙測(cè)功能的元件等。感測(cè)元件(例如本文所公開的)可用于檢測(cè)和/或監(jiān)測(cè)(不論是定性地還是定量地)有機(jī)被分析物的存在。這種被分析物可包括(但不限于)烴類、碳氟化合物、烷烴類、環(huán)烷類、芳族化合物、醇類、醚類、酯類、酮類、商代烴類、胺類、有機(jī)酸類、氰酸鹽類、硝酸鹽類以及腈類，例如正辛烷、環(huán)己烷、甲基乙基酮、丙酮、乙酸乙酯、二硫化碳、四氯化碳、苯、 苯乙烯、甲苯、二甲苯類、甲基氯仿、四氫呋喃、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇、2-乙氧基乙醇、乙酸、2-氨基吡啶、乙二醇單甲醚、甲苯-2，4_ 二異氰酸酯、硝基甲烷、和乙腈等等。 被分析物可為相對(duì)非極性有機(jī)分子或相對(duì)極性有機(jī)分子。被分析物可為所謂的蒸氣，即在被分析物(如甲苯、丙酮、庚烷等)所經(jīng)歷的溫度和壓力環(huán)境條件下能夠形成固體或液體的分子。被分析物可為所謂的氣體，即在環(huán)境條件下通常不能形成液體或固體的分子(但如上所述，這種分子在對(duì)被分析物響應(yīng)的有機(jī)硅材料的內(nèi)部孔隙中仍可以具有凝聚度更高的狀態(tài))。這種氣體可以包括甲烷、乙烷、等等。在一些情況下，可以檢測(cè)到有機(jī)被分析物分子的混合物。^M這些實(shí)例僅僅是說明性的，而不旨在限制所附權(quán)利要求書的范圍。除非另外指明， 否則實(shí)例和說明書其余部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等均按重量計(jì)。除非另外指明，否則所用溶劑和其它試劑均得自Sigma-Aldrich Chemical公司(Milwaukee，Wisconsin)。縮寫表
權(quán)利要求
1.一種用于感測(cè)有機(jī)化學(xué)被分析物的感測(cè)元件，包括 第一電極和第二電極；和對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料，其中所述對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料被設(shè)置為至少靠近所述第一電極和所述第二電極，并且包括微孔，所述微孔限定孔隙體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料在50%相對(duì)濕度的平衡狀態(tài)下將水吸附到小于50%的所述可用孔隙體積中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中當(dāng)從0.5度至80度O θ )掃描時(shí)，所述對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料不顯示可檢測(cè)的X射線衍射圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中總孔隙體積的至少50%包括直徑為2.0納米或更小的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中總孔隙體積的至少50%包括直徑為0.6-1. 3 納米的孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述電極中的至少一個(gè)對(duì)有機(jī)化學(xué)被分析物而言為可滲透的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感測(cè)元件，其中所述可滲透的電極包括不連續(xù)的導(dǎo)電材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感測(cè)元件，其中所述可滲透的電極包括圖案化的導(dǎo)電材料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述感測(cè)元件包括平行板電容器構(gòu)造。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述感測(cè)元件包括叉指狀電容器構(gòu)造。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述感測(cè)元件包括多個(gè)串聯(lián)平行板電容器構(gòu)造。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述感測(cè)元件包括靠近所述電極中的至少一個(gè)的背襯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)元件，其中所述感測(cè)元件包括靠近所述電極中的至少一個(gè)的覆蓋層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的感測(cè)元件，其中所述覆蓋層對(duì)有機(jī)化學(xué)被分析物而言為可滲透的。
15.一種感測(cè)有機(jī)化學(xué)被分析物的方法，包括 提供傳感器，所述傳感器包括感測(cè)元件，所述感測(cè)元件包括第一電極、第二電極、和對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料，其中所述對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料被設(shè)置為至少靠近所述第一電極和所述第二電極，并且包括微孔，所述微孔限定孔隙體積；和操作電路，所述操作電路與所述第一電極和所述第二電極電氣連通，其中所述操作電路能夠向所述第一電極和所述第二電極施加電壓，并且能夠檢測(cè)所述感測(cè)元件的電氣特性的變化；將所述感測(cè)元件暴露于可能含有一種或多種有機(jī)化學(xué)被分析物的環(huán)境中； 向所述第一電極和所述第二電極施加電壓；以及監(jiān)測(cè)所述感測(cè)元件的電氣特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述感測(cè)元件包括電容器，并且其中所述被監(jiān)測(cè)的電氣特性為所述感測(cè)元件的電容特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述被監(jiān)測(cè)的特性為所述感測(cè)元件的電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于感測(cè)有機(jī)化學(xué)被分析物的感測(cè)元件。所述感測(cè)元件包括第一電極、第二電極、和靠近所述第一電極和所述第二電極的對(duì)被分析物響應(yīng)的實(shí)質(zhì)上微孔的無定形疏水性有機(jī)硅材料。
文檔編號(hào)G01N33/48GK102405409SQ200980156042
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者尼爾·A·拉科, 斯特凡·H·格里斯卡, 約翰·E·特倫德, 約翰·克里斯托弗·托馬斯, 邁克爾·C·帕拉佐托, 邁克爾·S·文德蘭 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司