反光比色的傳感元件的制作方法

專利名稱：反光比色的傳感元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及比色傳感器薄膜。
背景技術：
人們一直以來努力開發用于許多被分析物的耐用化學傳感器，例如用于環境監測、產物品質控制和化學劑量測定。在這些用于化學傳感的許多方法中，比色技術具有一些優點，即人眼而不是昂貴的設備可用于信號轉變。
盡管比色傳感器目前可用于許多被分析物，但是絕大部分都使用了染料或著色的化學指示劑來監測。這些化合物通常是選擇性，這意味著必須要有許多組這樣的化合物能監測各種類型的化合物。而且，許多這些系統具有有限的壽命，這是由于存在光-漂白或不需要的副反應。其他光學傳感技術(如表面等離子體共振和光譜干涉分析法)需要大量信號轉變硬件來提供響應，從而對于簡單的視覺指示是沒有用的。
發明概述本發明的特征在于新的多層比色傳感器薄膜。所述薄膜通常組成了高著色多層干涉濾光片，它的色調在暴露在被分析物中時是變化的。所述多層結構體提供了結合各種化合物的通用平臺，所述化合物能檢測許多物質。所述薄膜是柔性且堅固的，能設計成提供快速的、可逆的(或者在某些情況下是永久的)響應。同樣地，它們非常適合應用到上述領域中。
本發明一方面是用于測量被分析物的存在和濃度中的一種或兩種的比色傳感器，所述傳感器包括基本上連續的反射層；覆蓋在所述發射層上的檢測層，所述檢測層包括至少一種聚合物組分，在暴露在所述被分析物中時所述層的光學厚度能發生變化；覆蓋在所述檢測層上的基本連續的半反射層，所述半反射層的折射率不同于所述檢測層的折射率。
本發明另一方面是包括所述比色傳感器和光源的設備。本發明另一方面是測量被分析物的存在和濃度中的一種或兩種的比色傳感器，所述傳感器包括基本上連續的反射層；覆蓋在所述反射層上的檢測層，所述檢測層包括至少一種聚合物組分；覆蓋在所述檢測層上的基本上連續的半反射層，所述半反射層的折射率不同于所述檢測層的反射系數，在暴露在所述被分析物中時所述傳感器的顏色能發生變化。
本發明另一方面是一種檢測被分析物存在或不存在的方法，所述方法包括；提供上述的比色傳感器；提供光源；使所述傳感器接觸包含被分析物的介質；以及檢測傳感器光學性質的變化。
在本發明中“被分析物”指用化學分析中將被檢測的特定組分；“尺寸變化”指垂直于所述檢測層表面的方向上的距離變化；“多孔材料”指在其體積中包括連續孔網的材料；“反射”指半反射或全反射；“半反射”指既不是全反射也不是全透射，最好是約30％-70％反射，更優選為約40-60％；“基本上連續”是指一層沒有孔的材料，但可具有裂縫、細粒邊界，或通過所述材料層形成通路的其他結構。
本發明至少一個實施方式的優點是所述多層傳感器薄膜可這樣構造，這樣水蒸汽就不會造成光學性質的變化。
本發明至少一個實施方式的其他優點是所述薄膜容易加工。所述反射層可通過蒸汽涂覆或濺涂方法沉積，而所述檢測層可通過溶劑涂覆、等離子體沉積和氣相涂覆(參見美國專利5877895)沉積。
本發明至少一個實施方式的其他優點是所述傳感器的外觀變化可設計成可逆或永久的。
本發明的其他特征和優點可從下述附圖、詳細說明和權利要求中明顯得到。
附圖簡述

圖1描述了本發明的多層薄膜。
詳細描述本發明的多層比色傳感器薄膜可包括著色的薄膜，它包含在反射和半反射層之間的至少一層聚合物檢測層，它們可以都是金屬層。這些多層薄膜提供了用于視覺信號轉變的一般方法。這些薄膜可用作干涉濾光片，從而能進行高著色，這是因為它能反射可見光區域的特定波長。所述傳感器薄膜的顯色與所述疊中的各層厚度緊密相關。
本發明多層傳感器薄膜的一般描述參見圖1。通常，所述薄膜包括(任選)基材層12、反射層14、檢測層16和半反射層18。
所述傳感器薄膜可用來檢測被分析物的存在和/或濃度。所述被分析物可以是氣體或液體。所述被分析物可存在于氣相介質(如空氣)中或液體介質(如水或其他液體)中。通常，所述被分析物是有機材料。
在至少一個實施方式中，通過暴露在所述被分析物中時包括聚合物的檢測層的光學厚度變化來檢測所述被分析物。所述被分析物穿過外面的半反射層，并改變所述檢測層的光學厚度。在一個實施方式中，所述被分析物吸收入所述檢測層的至少一部分中。在吸收過程中，顏色變化(通常鮮艷的)可指示所述被分析物的存在。
光學厚度的變化通常在可見光區域是看得見的，能由肉眼檢測。但是，傳感器可設計受到其他光源(如UV、紅外或近紅外)照射時顯示光學厚度的變化。各種檢測裝置也是已知的。合適的檢測裝置的例子包括光電探測器，例如電荷耦合器件(ccd)、數碼相機等。
在一個實施方式中，當其存在使所述檢測層從相鄰層上脫層時，檢測到所述被分析物。通常，脫層發生在被分析物濕潤所述檢測層和相鄰層的界面時，從而降低了界面粘合。當發生脫層時，可破壞光學干涉，且所述傳感器失去了可察覺的顏色。所述被分析物的存在也可使離開相鄰層的檢測層中的一種或多種聚合物反濕潤。這種方法(它利用了檢測層的形狀變化，能減少與相鄰層的界面積)使材料產生缺陷，從而永久地改變所述傳感器薄膜的光學性質。
基材所述基材是任選的，但是當其存在時，它可包括能提供支撐所述比色傳感器的合適材料。它可以是柔性的或非柔性的。所述基材可根據用途定制。優選地，它適合用在真空沉積方法中。
反射層所述反射層可包括能形成全反射和半反射層的任何材料。優選地，所述材料厚度約20-200納米時是全反射的。更薄的層通常可用來使所述反射層變成半反射。盡管所述反射層通常制成反射性高于半反射層，但是有時候需要使所述反射層和半反射層的反射性相同，這樣對于被分析物存在的響應就能從所述傳感器薄膜的任一側面看出。
用于反射層的合適材料包括金屬(如鋁、鉻。金、鎳、硅和銀)。其他合適材料包括金屬氧化物如氧化鉻和氧化鈦。
在有些實施方式中，所述反射層也用作基材，提供對于傳感器的支撐。
檢測層所述檢測層可包括一種或多種聚合物或共聚物。在大部分實施方式中，所述檢測層包括至少一種聚合物，在暴露在被分析物中時它的光學厚度會發生變化。所述光學厚度的變化可由尺寸(例如所述聚合物的物理厚度)變化引起，這是由于在被分析物的存在或化學反應條件下，檢測層的隆起、收縮或折射率變化造成的。所述檢測層可從一種顏色變成另一種顏色，從一種顏色變成沒有顏色，或從沒有顏色變成有顏色。
所述檢測層可包括兩層或多層子層。一層或多層的所述子層是不連續的或有圖形的。所述子層通常包括不同的聚合物材料，它可吸收不同的被分析物和/或對于一種或多種被分析物具有不同的靈敏度。所述子層可具有各種結構。例如，它們可以是層疊的或可以是并排的。
所述檢測層可包括一種圖形，以在暴露在被分析物中時形成著色的圖像、字母、或信息。子層可通過具有一個或多個與特定被分析物反應的部分，以及一個或多個與相同的被分析物不反應的部分來形成圖案。或者，反應材料的圖案可沉積在更大的非反應子層上。在這種情況下，優選制造非常薄的形成圖案的層，這樣直到被分析物給吸收，光學厚度才有明顯差別。當暴露在被分析物中時，所述圖形結構可給用戶提供可容易識別的提醒。
所述檢測層的厚度可以圖案修飾，例如美國專利6010751。當所述傳感器設計成被分析物存在時就能使檢測層隆起或收縮，從而使圖形消失(例如當較薄的部分隆起到與較厚部分的厚度相同)或圖形出現(例如，當一部分收縮，其厚度小于相鄰部分的厚度時)時，這是需要的。
檢測層可包括聚合物組分的混合物。所述混合物可以是均相或非均相的。在所述檢測層中，聚合物組分的混合物可使許多被分析物能用較小的傳感器檢測。
所述檢測層可以是多孔的。這可提高檢測的靈敏性，這是因為接觸被分析物的表面積提高了。通過使用多孔材料(如由高內相乳狀液形成的泡沫，具體參見WO01/21693)形成所述檢測層，可得到多孔性。通過二氧化碳發泡形成雙連續的、納米多孔材料(參見“Macromolecules”，2001，34卷，第8792-8801頁)，或者通過聚合物混合物的納米相分離方法(參見“Science”，1999，283卷，第520頁)，也能得到多孔性。通常，所述孔直徑需要小于所述檢測方法中所用光源的波長。納米尺寸的孔是優選的。
包括所述檢測層的一種或多種聚合物可以是至少部分交聯的。在有些實施方式中，交聯是需要的，因為它可提高機械穩定性和對于特定被分析物的靈敏性。通過在所述檢測層中結合一種或多種多官能單體，或者通過用例如電子束或γ射線處理所述檢測層就能達到交聯。
對于許多用途，所述聚合物或共聚物優選是疏水性的。這可減少例如在檢測有機溶劑蒸汽過程中，水蒸汽(或液態水)改變所述聚合物的光學厚度，以及干擾被分析物的檢測機會。
為了檢測有機溶劑蒸汽，適合用作檢測層的聚合物材料包括但不限于由下述單體子層的聚合物和共聚物疏水性丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、二官能單體、乙烯基單體、烴單體(烯烴)、硅烷單體和氟化單體。
疏水性丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的例子包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸2-甲基己酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸金剛烷酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸異冰片酯。
多官能單體的例子包括二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸二乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸四乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸多乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1，6-己二醇酯、三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸新戊基二醇酯、N，N-亞甲基二(甲基)丙酰酰胺、二丙烯酸酯(例如IRR-214(UCB Chemicals)、季戊四醇三丙烯酸酯和四丙烯酸酯、以及三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯)。
乙烯基單體的例子包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基乙酸酯、乙烯基丁酸酯、乙烯基硬脂酸酯、氯乙烯、和乙烯基降冰片烯。
烴單體(烯烴)的例子包括異丁烯、乙烯、丙烯和降冰片烯。
硅烷單體的例子包括有機氫化硅烷(hydrosilane)、烷氧基硅烷、苯氧基硅烷和氟烷氧基硅烷。
氟化單體的例子包括四氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯。
為了在溶液中檢測、檢測高極性被分析物和/或使用傳感器陣列，適用于所述檢測層的聚合物材料包括但不限于由下述單體制成的聚合物和共聚物所述單體包括羥基化單體、丙酰酰胺、酐、醛官能化單體、胺或胺鹽官能化單體、酸官能化單體、環氧化物官能化單體、乙烯基單體及其他聚合物。
羥基化單體的例子包括(甲基)丙烯酸羥基烷基酯。
丙酰酰胺的例子包括(甲基)丙酰酰胺、N-異丙基(甲基)丙酰酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙酰酰胺。
酐的例子包括(甲基)丙烯酸酐。
醛官能化單體的例子包括丙烯醛。
胺或胺鹽官能化單體的例子包括(甲基)丙烯酸叔丁基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二異丙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、乙烯基吡啶、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯-氯代甲烷鹽、4-氨基苯乙烯和乙烯基咪唑。
酸官能化單體的例子包括(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羧基乙酯、(甲基)丙烯酸-金屬鹽、和苯乙烯磺酸。
環氧化物官能化單體的例子包括(甲基)丙烯酸縮水甘油酯。
乙烯基單體的例子包括N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基二甲基氮雜內酯(azalactone)(VDM)和偏二氯乙烯。
其他聚合物的例子包括聚(環氧乙烷)、聚(己內脂)(caprolactone)、聚砜、聚乙二醇、聚氨酯、聚碳酸酯、乙基纖維素、氟代多元醇、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、和聚縮醛類(polyacetal)。所述檢測層的聚合物組分也可有適合檢測特定被分析物的官能團或摻入的分子受體。例如，酸官能化聚合物(如聚丙烯酸)能檢測有機堿(如氨氣)。在所述檢測層中結合金屬絡合物(例如金屬卟啉)能檢測配位物(ligating species)(如膦或硫醇)。合適的分子受體包括杯芳烴、環糊精、吖冠(azacrown)、冠醚、卟啉、金屬卟啉、肽、蛋白質、寡聚核苷酸和核酸。
通過在所述檢測層中摻入合適的化學物質，應該可行的是制造能用于許多在溶液中的被分析物的傳感器。通過初始沉積或沉積材料的后官能化，受體分子(例如肽或抗體)可潛在地共價連接到所述聚合物上。在這種情況下，可制造選擇性檢測細菌、蛋白、離子等的生物傳感器。
所述檢測層的厚度可大于約50納米，優選為約100-1000納米。
半反射層所述半反射層可包括能形成透光、基本連續、半反射層的任何材料，其折射率與所述檢測層的折射率不同。在大部分實施方式中，所述材料優選是半反射性的，其厚度為約5納米，因為在該厚度，大部分被分析物都能穿過該層進入所述檢測層。所需厚度取決于用來形成所述層的材料、要檢測的被分析物以及攜帶所述被分析物的介質。
合適的材料包括金屬，如鋁、鉻、金、鎳、硅和銀。其他合適的材料包括氧化物，如氧化鋁、氧化鈦和氧化鉻。
其他層所述傳感器薄膜可包括任何前述層之間的其他層，只要其他層沒有干擾所述傳感器薄膜的光學性質就可以了。其他層可包括連接層、結構層等。
制造方法本發明的多層薄膜可通過各種方法(例如參見美國專利5877895所述的方法)制造。所述檢測層也可由旋涂、溶液涂覆、擠出涂覆、或其他現有技術中已知的合適技術制造。所述檢測層也可由等離子體沉積方法(如等離子體聚合方法)制成。所述反射和半反射層也可由標準氣相涂覆技術(如蒸發、濺射、化學氣相沉積(CVD)、等離子體沉積、或火焰沉積)來制造。制造所述反射和半反射層的其他方法是用溶液電鍍。
用途所述薄膜傳感器可用在包括所述傳感器、光源和任選的檢測所述傳感器顏色變化的裝置的系統。所述光源可以是天然或人造光源。所述檢測可以各種方法完成。通過光電探測器、或其他合適的裝置可用肉眼完成檢測。
所述被分析物可存在于氣相或液體介質中。例如，被分析物可存在于所述環境中，或者液體溶劑中。
兩個或多個薄膜傳感器可一起使用形成陣列。所述陣列可以是任何合適的結構。例如，陣列可包括并排的兩個或多個傳感器，或者傳感器可連接到或建造到基材的相對側面上。所述傳感器可以是相同的類型，也可以是不同的。多層薄膜傳感器的陣列可用來鑒別被分析物，而不是僅僅檢測化學試劑的存在。
本發明的薄膜傳感器具有許多有用的用途。它們可用來例如檢測許多有機蒸汽。
實施例本發明可通過下述實施例具體描述。
除非有其他說明，所述傳感器薄膜的樣品是從垂直于所述薄膜表面的角度觀察的。也可使用其他觀察角度。觀察到的顏色根據觀察角度變化。
實施例1通過美國專利5877895中所述的沉積方法制造多層比色傳感器薄膜。
在單程中，通過真空輸送帶系統(web system)，鋁反射層(100納米)和聚合物檢測層(500納米)先后沉積到聚酯基材(50微米)上。所述鋁反射層是通過以225毫米/分鐘的速率輸入0.1587厘米直徑鋁線(Alcoa物料編號1199，Pittsburgh，PA)到電加熱(7V，1250安培)的蒸發棒上熱蒸發的。沉積所述聚合物檢測層(500納米)，隨后用6.9瓦-秒進行電子束固化。所述單體組合物是丙烯酸月桂酯(購自Sartomer，Exton，PA)/IRR214(專賣的二丙烯酸烴酯，購自UCB Chemicals，Drogenbos，Belgium)/Ebecryl 170(磷酸單丙烯酸酯化合物，也購自UCB Chemicals)的48.5/48.5/3重量混合物。然后，在隨后穿過(15.24米/分鐘)所述真空輸送帶系統中。接著，鉻在下一程中(Academy PrecisionMaterials，Albuquerque，NM)被濺射涂覆(2.95瓦/厘米2DC電源，2mTorr Argon壓力)到固化的檢測層上，得到5納米厚的外層。所述多層傳感器薄膜具有綠色色調。
所述多層薄膜部分(2.54平方厘米)被固定到玻璃片(slide)上，并在密封罐中的各種有機溶劑飽和蒸汽中暴露1分鐘。在各個罐中，所述多層薄膜懸在純液體被分析物上方的頂部空間。如表1所示，所述暴露形成了鮮艷的、視覺可檢測的顏色變化。在各種情況下，所述顏色變化在從所述溶劑蒸汽除去時在幾十秒內是可逆的，恢復到原來的綠色調。由于重復暴露產生了相同的顏色變化，所以響應是可定性再生的。
表1暴露在各種化合物中時的顏色變化

實施例2在暴露在一些溶劑蒸汽中之前和之后，取得所述多層薄膜的可見光反射光譜。薄膜片段(2.54平方厘米，來自實施例1)被固定到玻璃片上，并暴露在密封罐中的飽和有機蒸汽中。一旦平衡，馬上除去所述暴露過的薄膜，并立即用玻璃蓋片覆蓋，以防止蒸汽解吸附。然后，使用擴散反射UV-VIS光譜儀得到所述暴露過的材料的反射光譜。對于所有測試的有機蒸氣，在暴露在被分析物中時觀察到反射最大值的實質紅移。所述反射最大值集中在524納米(暴露前)，例如顯示出移到更高的波長(紅移)。如表2所示，紅移幅度的范圍為22納米(乙腈)-116納米(二氯甲烷)。該實施例說明，多層比色傳感器薄膜響應有機蒸氣，對于鹵化碳、芳烴、醇、酮、腈和醚顯示出色調遷移。暴露在飽和水蒸汽中時，在反射光譜中沒有觀察到遷移。即使在將薄膜浸沒在液體水中，也沒有觀察到顏色變化。
表2暴露在溶劑中時的最大反射波長的遷移

實施例3在測量對于不同被分析物蒸氣的響應靈敏性的努力中，如實施例1制得的傳感器薄膜使用單程直通型裝置暴露在不同濃度范圍的被分析物中。通過浴溫來控制濃度(通過分壓力來測定)。空氣鼓泡通過純液體被分析物。固體二氧化碳(干冰)和3-庚酮或乙二醇的混合物分別得到了-38℃和-15℃的浴溫。冰水浴用來得到0℃的溫度。使用Handbook of Vapor Pressure(Yaws，C.L.Gulf PublishingHouston，1994)的數據計算各種被分析物在這些溫度的蒸汽壓。然后，各種空氣/蒸氣流體流過不銹鋼套管，進入含所述多層薄膜的隔膜密封瓶。暴露時，各個薄膜的顏色變化可用肉眼檢測，并且進行多次觀察以保證平衡。表3描述了作為濃度函數的響應，其中“綠”表示未暴露的薄膜顏色，“粉紅色”表示響應了飽和蒸氣，“黃色”表示中間響應。所述結果表示使用本發明的比色傳感器薄膜來確定被分析物濃度以及所述蒸氣的定性存在的能力。
表3作為溶劑蒸氣濃度函數的薄膜顏色

實施例4使用傳感器薄膜(由實施例1制得)檢測水中的有機化合物。將薄膜浸沒在四氫呋喃(THF)的水溶液(5體積％)中，得到了顏色從綠色變成黃色的視覺變化。浸沒在丙酮水溶液(25體積％)中，產生了從綠色變成黃色-綠色的可視顏色變化。本實施例說明，本發明所述的多層比色傳感器薄膜可檢測水中有機化合物的存在。所述薄膜在普通水中曝光時沒有觀察到顏色變化。
實施例5通過旋涂檢測層制得兩個多層傳感器薄膜。所述結構是相同的，不同的是所述聚合物檢測層。為了制造各個傳感器薄膜，通過間隙式系統真空涂覆機中的電子束蒸發(2.5納米/秒蒸發速率)，將鋁反射層(100納米)沉積到50微米聚酯基材層上。聚苯乙烯和聚(甲基丙烯酸甲酯)檢測層各自通過旋涂沉積在涂有鋁的基材中的一個上。所述聚合物可分別以濃度為5％(w/w)和9.4％(w/w)的甲苯溶液涂覆。所述旋涂在3500rpm條件下進行25秒。得到的聚合物厚度為260納米(聚苯乙烯)和500納米(聚甲基丙烯酸甲酯)。然后，通過與實施例1所述相同的濺射條件將將鉻層(5納米)沉積到各個聚合物表面上。所述傳感器薄膜暴露在飽和氯仿蒸汽中時得到了可逆的從紫色到藍色(聚苯乙烯)和粉紅色到淺綠色(聚甲基丙烯酸甲酯)的顏色變化。所述薄膜暴露在甲苯蒸汽中時永久損失了干涉基色，即除去被分析物后所述薄膜不能恢復其原來的顏色。透射電子顯微鏡(TEM)研究證明，該不可逆變化是由于所述鋁層從所述層疊物的剩余層上脫開引起的。本實施例證明了通過旋涂形成多層比色傳感器的能力。也證明了本發明傳感器外觀的永久變化是可通過適當選擇材料和制造所述傳感器的方法來實現的。
實施例6兩種不同的多層薄膜制造成具有與實施例1相同的一般結構和組成，不同的是用于樣品6A的所述檢測層厚度為500納米，而用于樣品6B的厚度為650納米。如實施例1所述，包含檢測層的薄膜都通過聚合丙烯酸月桂酯/IRR214/EB170混合物制成。兩種薄膜對于一系列蒸氣的響應如表4所述。盡管沒有單個傳感器能鑒別每一種被分析物(即6A不能區別甲苯和丙酮，而6B不能區別丙烯腈和丙酮)，來自傳感器的混合響應對于各種待測試物質來說是唯一的。本實施例證明了可使用包含多于一種的特定多層薄膜的傳感器陣列來鑒別被分析物。
表4暴露在各種溶劑中時的顏色變化

對于本領域的普通技術人員來說，本發明的各種變化和改進是明顯的，它們并沒有離開本發明的范圍和精神，可以理解，本發明并沒有局限于上述示例性實施方式中。
權利要求
1.一種用來測量被分析物的存在和濃度中的一種或兩種的比色傳感器，它包括基本上連續的反射層；覆蓋在所述反射層上的檢測層，所述檢測層包括至少一種聚合物組分，在暴露在所述被分析物中時所述層的光學厚度能發生變化；覆蓋在所述檢測層上的基本上連續的半反射層，所述半反射層的折射率與所述檢測層的折射率不同。
2.如權利要求1所述的比色傳感器，它還包括在所述反射層之下的基材層。
3.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層包括多孔材料。
4.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層光學厚度的變化是由于所述檢測層的尺寸變化產生的。
5.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層光學厚度的變化是由于所述檢測層的折射率變化而產生的。
6.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層光學厚度的變化是永久的。
7.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層光學厚度的變化是可逆的。
8.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層包括兩種或多種聚合物組分，在存在不同被分析物的條件下每種聚合物組分的光學厚度發生變化。
9.如權利要求8所述的比色傳感器，其特征在于所述聚合物組分是混合的。
10.如權利要求8所述的比色傳感器，其特征在于所述不同聚合物組分包括檢測層的不同區域。
11.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層包括至少兩種聚合物，在存在被分析物的條件下只有一種聚合物的光學厚度會發生改變。
12.如權利要求11所述的比色傳感器，其特征在于排列所述至少兩種聚合物，使得當暴露在所述被分析物中時所述傳感器會形成視覺可見的圖案。
13.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層中的至少一種聚合物是至少部分交聯的。
14.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述所述檢測層中的至少一種聚合物選自包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚合物或共聚物。
15.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述檢測層中的至少一種聚合物是共聚物。
16.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述反射和半反射層中的一種或兩種都包括金屬。
17.如權利要求1所述的比色傳感器，其特征在于所述半反射層的可見光透射率為約30-70％。
18.一種陣列，它包括兩個或多個權利要求1所述的比色傳感器。
19.如權利要求18所述的陣列，其特征在于至少兩個傳感器位于基材的相反兩個面上。
20.如權利要求1所述的比色傳感器，它還包括位于所述檢測層中的分子受體。
21.如權利要求20所述的比色傳感器，其特征在于所述分子受體選自杯芳烴、環糊精、吖冠、冠醚、卟啉、金屬卟啉、肽、蛋白、核酸和寡聚核苷酸。
22.一種設備，它包括權利要求1所述的比色傳感器和光源。
23.如權利要求22所述的設備，它還包括光電探測器。
24.一種檢測被分析物存在或不存在的方法，它包括提供權利要求1所述的比色傳感器，提供光源，使所述傳感器與可能包含被分析物的介質接觸，檢測所述傳感器光學性質的變化。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于使用光電探測器來檢測傳感器光學性質的變化。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于所述光學形式變化形成了視覺變化。
27.如權利要求24所述的方法，其特征在于所述介質是氣體。
28.如權利要求24所述的方法，其特征在于所述介質是液體。
29.如權利要求24所述的方法，其特征在于所述被分析物是氣體。
30.如權利要求24所述的方法，其特征在于所述被分析物是液體。
31.一種用來測量被分析物存在和濃度中的一種或兩種的比色傳感器，它包括基本上連續的反射層；覆蓋所述反射層的檢測層，所述檢測層包括至少一種聚合物組分；覆蓋所述檢測層的基本上連續的半反射層，所述半反射層的折射率與所述檢測層的折射率不同，在暴露在所述被分析物中時所述傳感器的顏色能發生變化。
32.如權利要求31所述的比色傳感器，其特征在于所述顏色變化是從可見的顏色變成沒有可見的顏色。
33.如權利要求31所述的比色傳感器，其特征在于所述顏色變化是由于所述檢測層從相鄰層上脫層造成的。
全文摘要
本發明公開了比色傳感器薄膜，它包括反射層、聚合物檢測層和半反射層。本發明也公開了包括所述傳感器薄膜的設備以及制造所述薄膜和設備的方法。
文檔編號G01N21/77GK1685225SQ03823161
公開日2005年10月19日 申請日期2003年8月18日 優先權日2002年9月30日
發明者N·A·拉克, C·S·萊昂斯, S·P·梅基 申請人:3M創新有限公司