【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】超靈敏傳感器的構(gòu)建在危險(xiǎn)化學(xué)品分析、生物標(biāo)志物檢測(cè)和體內(nèi)成像中發(fā)揮著重要作用，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)控具有重要意義?；谔结樀膫鞲衅魇亲畛Ｓ玫暮哿糠治龇椒ㄖ唬哂懈哽`敏度、高特異性和快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)。作為最常用的加載探針的介質(zhì)，液相有利于探針?lè)肿优c目標(biāo)分析物進(jìn)行有效碰撞，從而提高反應(yīng)速度和效率。然而，液體介質(zhì)中的自由體積擴(kuò)散特性會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)信號(hào)的分散，從而引起來(lái)自痕量分析物的信號(hào)進(jìn)一步減弱，這將影響痕量檢測(cè)的靈敏度。水凝膠作為含有聚合物網(wǎng)絡(luò)和液相分散介質(zhì)的材料，可通過(guò)聚合物鏈的非共價(jià)作用以及聚合物網(wǎng)絡(luò)的篩分效應(yīng)限制溶質(zhì)擴(kuò)散。然而，對(duì)于各向同性的水凝膠體系，擴(kuò)散性質(zhì)的受限可能會(huì)降低反應(yīng)的有效碰撞，使得檢測(cè)反應(yīng)靈敏度下降。發(fā)生在兩相界面處的化學(xué)反應(yīng)受體系化學(xué)勢(shì)影響，可同時(shí)避免溶液自身擴(kuò)散并限制反應(yīng)物遷移方向。因此，探索一種可靠的方法，在水凝膠體系構(gòu)建存在非對(duì)稱擴(kuò)散性質(zhì)的反應(yīng)界面，在保持快速反應(yīng)的同時(shí)有效地限制信號(hào)擴(kuò)散，對(duì)痕量檢測(cè)靈敏度的提升具有重要意義?；诖?，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所爆炸物傳感檢測(cè)團(tuán)隊(duì)通過(guò)非對(duì)稱擴(kuò)散行為對(duì)信號(hào)分子的限制作用，設(shè)計(jì)了雙層水凝膠體系以增強(qiáng)傳感信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了納克級(jí)別亞硝酸鹽的比色識(shí)別。
 

　　研究人員設(shè)計(jì)了一種雙層水凝膠體系，其中，聚丙烯酰胺(PAM)進(jìn)行采樣并實(shí)現(xiàn)重氮化亞硝酸鹽的瞬時(shí)反應(yīng)，聚乙烯醇(PVA)用于耦合顯色反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)亞硝酸鹽的識(shí)別。為了破壞兩種緊密接觸的水凝膠的擴(kuò)散對(duì)稱性，通過(guò)調(diào)控合成方法將PAM和PVA水凝膠之間的孔徑比控制為10，擴(kuò)散系數(shù)比控制為1.7。結(jié)果表明，顯色產(chǎn)物在水凝膠法向的擴(kuò)散具有明顯的受限趨勢(shì)，且面內(nèi)擴(kuò)散由于PAM和PVA水凝膠的非對(duì)稱擴(kuò)散性質(zhì)也得到有效的限制?；诖嗽碓O(shè)計(jì)的傳感器對(duì)亞硝酸鹽的裸眼檢測(cè)限達(dá)到2.898納克，體現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度和抗干擾性。檢測(cè)圖像對(duì)目標(biāo)物精確幾何結(jié)構(gòu)的良好重現(xiàn)性進(jìn)一步證明了擴(kuò)散控制對(duì)增強(qiáng)傳感信號(hào)以及構(gòu)建適用于實(shí)際場(chǎng)景的高性能便攜式檢測(cè)裝備的重要性，為針對(duì)痕量固體樣品識(shí)別的傳感器設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《Sensors and Actuators B: Chemical》，新疆理化技術(shù)研究所為唯一完成單位，博士生張?zhí)鞂?shí)與胡曉云為共同第一作者，導(dǎo)師竇新存研究員為通訊作者。該研究工作得到中科院西部之光、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院從0到1原始創(chuàng)新及國(guó)家高層次人才等項(xiàng)目的資助。
 

　　a)具有非對(duì)稱擴(kuò)散特征的水凝膠體系示意圖。b)界面擴(kuò)散反應(yīng)從兩相初始接觸到擴(kuò)散平衡過(guò)程示意圖。c)用于亞硝酸鹽檢測(cè)的雙層水凝膠比色檢測(cè)測(cè)儀工作原理示意圖。