一种集成无线无源氨气传感器标签的储气袋及其制备方法与流程

nmp溶液超声分散，得到超声完毕的ti3c2t
x nmp分散液；
14.s1.3：取ti3c2t
x nmp分散液加入s1.2配置的苯胺单体盐酸溶液中，并搅拌均匀，得到苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液，其中ti3c2t
x nmp分散液与苯胺单体盐酸溶液的体积比为1:(1.5～2.5)；
15.s1.4：将硫酸铵溶液与苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液以体积比1:(2～4)混合并搅拌，直至过硫酸铵盐酸和苯胺单体/ti3c2t
x
完全反应，得到溶液a；
16.s1.5：将带叉指电极的柔性基底插入溶液a中，在叉指电极表面形成一层复合薄膜；
17.s1.6：取出柔性基底并滴洗，然后干燥，得到氨气检测柔性薄膜传感器；
18.s2、在氨气检测柔性薄膜传感器的基底上制备nfc标签，得到集成氨气检测柔性薄膜传感器的nfc标签；
19.s3、将集成有氨气检测薄膜柔性薄膜传感器和nfc标签的基底制成袋体，并在袋体的开口处设置密封盖。
20.进一步的，步骤s1.2中，配置的过硫酸铵盐酸溶液浓度为0.08mol/l～0.12mol/l。
21.进一步的，步骤s1.2中，ti3c2t
x nmp溶液的浓度为将0.8mg/ml～1.0mg/ml。
22.进一步的，s2包括以下步骤：
23.s2.1、将导电油墨印刷在基底上得到天线，将制备好的薄膜传感器叉指电极两端连入天线，并烘干；
24.s2.2、将微芯片印刷在基底上，并用导电树脂作为导线将微芯片与银叉指电极连接；
25.s2.3、将s2.2得到的结构固化，得到集成氨气检测柔性薄膜传感器的nfc标签。
26.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
27.本发明提出了一种便捷、环保的一种集成无线无源氨气传感器标签的储气袋，采用表面光滑的纳米纤维纸作为包装材料，生产成本低，原材料自然界储量较丰富，且天然可降解。同时纳米纤维纸作为基底，可直接在上面制作氨气检测薄膜传感器和无源nfc标签，一体化程度高。氨气检测薄膜传感器中的聚苯胺检测氨气的灵敏度高，响应时间与恢复时间均较短，时间利用率高且可重复利用。检测完成可直接将结果通过无线方式传输出来，操作简单。
28.进一步的，聚苯胺复合薄膜为聚苯胺/ti3c2t
x
复合薄膜，ti3c2t
x
具有很高的比表面积、显著的表面效应和较强的化学活性，使得其极易大量吸附环境中的气体分子，从而显著地提高气体传感器的响应。本发明所述的制备方法，通过在基底上制备聚苯胺复合薄膜和叉指电极，得到氨气检测薄膜传感器，然后在同一基底上制作nfc标签，并将基底制作成袋体，得到集成无线无源氨气传感器标签的储气袋，利用氨气检测薄膜传感器中的聚苯胺与氨气发生反应来进行检测，操作方便。
29.本发明提供的一种集成无线无源氨气传感器标签的储气袋的制备方法，将氨气检测柔性薄膜传感器和nfc标签制备在同一个基底上，制作方法简便，基底直接作为袋体，集成度高，使用方便。
附图说明
30.图1是储气袋示意图；
31.图2是氨气检测薄膜结构示意图；
32.图3是nfc标签与氨气检测薄膜连接示意图。
33.附图中：1-密封盖，2-袋体，3-复合薄膜，4-叉指电极，5-基底，6-导线，7-天线，8-微芯片。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例1
37.参照图1，一种集成无线无源氨气传感器标签的储气袋，包括袋体2，袋体2顶部有开口，开口上设有带密封圈的密封盖1，袋体2内腔室内设有氨气检测薄膜传感器和无源nfc标签。袋体2的材质为纳米纤维纸，天然可降解。
38.参照图2和图3，其中，氨气检测薄膜传感器由三层薄膜构成，包括上层聚苯胺(pani)/ti3c2t
x
复合薄膜，中间层银叉指电极，以及下层的基底5，基底5为纳米纤维纸(ncp)。与之相连接构成完整结构的无源nfc标签则由基底5、天线7和微芯片8构成。天线7直接写在基底5上，微芯片8固定在天线端，用于信号调理。氨气检测薄膜传感器与无源nfc标签之间通过导线6连接，即叉指电极4两端分别连入天线7的两个断开端。
39.该装置不仅可以用于幽门螺杆菌的检测，也适用于一些肾脏类疾病的检测。使用前拿下密封盖1，向袋体2内腔吹气后盖上密封盖1，即可等待检测结果。
40.当袋体2中气体含有氨气时，氨气会吸附在聚苯胺(pani)/ti3c2t
x
复合薄膜上，夺取本与导电pani胺基结合的质子，从而使pani具有导电性的正电荷减少，使得氨气检测薄膜传感器的电阻增大。又因为薄膜传感器整体连入天线7，因此天线端的电阻也会随着传感器电阻的增大而增大。此时，网络分析仪向天线发射正弦扫频信号，nfc标签接收该信号，获得其能量激活电路，并对该信号进行调制后形成回波返回给网络分析仪。网络分析仪通过
对比发射正弦扫频信号和回波两种信号以获取回波损耗s
11
幅值大小。回波损耗的大小随着天线端电阻大小的改变而改变，天线端电阻变化取决于薄膜传感器电阻变化，而薄膜传感器电阻会随着氨气体积分数的改变而改变。因此回波损耗s
11
幅值变化可以直接表征薄膜传感器电阻变化，公式如下：
[0041][0042]
式中，z
in
为薄膜传感器电阻；z0为天线固有电阻，默认为50ω。天线端电阻等于薄膜传感器电阻与天线固有电阻之和。当薄膜传感器电阻随着氨气体积分数的变化而改变时，天线端电阻随着薄膜传感器电阻的变化而改变，回波损耗s
11
也随着天线端电阻的变化而改变，因此回波损耗s
11
可以间接表征氨气体积分数的变化。氨气体积分数越大，说明有越多数量的幽门螺杆菌分泌尿素酶与尿素发生反应，进而间接表征人体内幽门螺杆菌含量。
[0043]
网络分析仪为任何有nfc功能的装置，如手机。
[0044]
实施例2
[0045]
一种氨气检测柔性薄膜传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0046]
s1：以表面光滑的纳米纤维纸(ncp)作为柔性基底，将叉指电极4利用韦森堡效应直写在柔性基底上，得到带叉指电极4的柔性基底；叉指电极4为金属材料，优选为银。
[0047]
s2：配置1.5～2.5mol/l的盐酸溶液；
[0048]
s3：使用移液枪取苯胺单体(ani)滴入s2配置的盐酸溶液中，苯胺单体与盐酸溶液以体积比1:100～1:300混合，并缓慢搅拌直至均匀分散，得到苯胺单体盐酸溶液；
[0049]
s4：将过硫酸铵((nh4)2s2o8)粉末，缓慢加入s2配置的盐酸溶液中并超声处理，使两者混合均匀，配置0.08～0.12mol/l的过硫酸铵盐酸溶液；
[0050]
s5：取0.8～1.0mg/ml的ti3c2t
x nmp置入细胞破壁机中超声，超声探头距杯底1.5cm，超声功率150w，超声脉冲间隔3s，得到ti3c2t
x nmp分散液；
[0051]
s6：取ti3c2t
x nmp分散液，逐滴滴入s3配置的苯胺单体盐酸溶液中，ti3c2t
x nmp分散液与苯胺单体盐酸溶液以体积比1:1.5～1:2.5混合，得到苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液；
[0052]
s7：将s4配置的过硫酸铵盐酸溶液逐滴滴入s6得到的苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液中，过硫酸铵溶液与苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液以体积比1:2～1:4混合，持续搅拌直至溶液完全反应，插入带叉指电极4的柔性基底；
[0053]
s8：等待15～20分钟，混合溶液在叉指电极4表面形成一层复合薄膜，取出柔性基底并用盐酸溶液滴洗，滴洗完成后置于室温下干燥，得到氨气检测柔性薄膜传感器。
[0054]
实施例3
[0055]
一种氨气检测柔性薄膜传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0056]
s1：以表面光滑的纳米纤维纸(ncp)作为柔性基底，叉指电极4利用韦森堡效应直写在柔性基底上，得到带叉指电极4的柔性基底；叉指电极4为金属材料，优选为银。
[0057]
s2：配置1.5mol/l的盐酸溶液；
[0058]
s3：使用移液枪取苯胺单体(ani)滴入s2配置的盐酸溶液中，苯胺单体与盐酸溶液以体积比1:100混合，并缓慢搅拌直至均匀分散，得到苯胺单体盐酸溶液；
[0059]
s4：将过硫酸铵((nh4)2s2o8)粉末，缓慢加入s2配置的盐酸溶液中并超声处理，使两者混合均匀，配置0.10mol/l的过硫酸铵盐酸溶液；
[0060]
s5：取0.8mg/ml的ti3c2t
x nmp溶液置入细胞破壁机中超声，得到ti3c2t
x nmp分散液；
[0061]
s6：取ti3c2t
x nmp分散液，逐滴滴入s3配置的苯胺单体盐酸溶液中，ti3c2t
x nmp分散液与苯胺单体盐酸溶液以体积比1:1.5混合，得到苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液；
[0062]
s7：将s4配置的过硫酸铵盐酸溶液逐滴滴入s6得到的苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液中，过硫酸铵溶液与苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液以体积比1:2混合，持续搅拌，直至溶液完全反应，插入带叉指电极4的柔性基底；
[0063]
s8：等待15分钟，混合溶液在叉指电极4表面形成一层复合薄膜，取出柔性基底并用盐酸溶液滴洗，滴洗完成后置于室温下干燥，得到氨气检测柔性薄膜传感器。
[0064]
实施例4
[0065]
一种氨气检测柔性薄膜传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0066]
s1：以表面光滑的纳米纤维纸(ncp)作为柔性基底，叉指电极4利用韦森堡效应直写在柔性基底上，得到带叉指电极4的柔性基底；叉指电极4为金属材料，优选为银。
[0067]
s2：配置2.0mol/l的盐酸溶液；
[0068]
s3：使用移液枪取苯胺单体(ani)滴入s2配置的盐酸溶液中，苯胺单体与盐酸溶液以体积比1:200混合，并缓慢搅拌直至均匀分散，得到苯胺单体盐酸溶液；
[0069]
s4：将过硫酸铵((nh4)2s2o8)粉末，缓慢加入s2配置的盐酸溶液中并超声处理，使两者混合均匀，配置0.08mol/l的过硫酸铵盐酸溶液；
[0070]
s5：取0.9mg/ml的ti3c2t
x nmp溶液置入细胞破壁机中超声，得到ti3c2t
x nmp分散液；
[0071]
s6：取ti3c2t
x nmp分散液，逐滴滴入s3配置的苯胺单体盐酸溶液中，ti3c2t
x nmp分散液与苯胺单体盐酸溶液以体积比1:2混合，得到苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液；
[0072]
s7：将s4配置的过硫酸铵盐酸溶液逐滴滴入s6得到的苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液中，过硫酸铵溶液与苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液以体积比1:3混合，持续搅拌，直至溶液完全反应，插入带叉指电极4的柔性基底；
[0073]
s8：等待20分钟，混合溶液在叉指电极4表面形成一层复合薄膜，取出柔性基底并用盐酸溶液滴洗，滴洗完成后置于室温下干燥，得到氨气检测柔性薄膜传感器。
[0074]
实施例5
[0075]
一种氨气检测柔性薄膜传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0076]
s1：以表面光滑的纳米纤维纸(ncp)作为柔性基底，叉指电极4利用韦森堡效应直写在柔性基底上，得到带叉指电极4的柔性基底；叉指电极4为金属材料，优选为银。
[0077]
s2：配置2.5mol/l的盐酸溶液；
[0078]
s3：使用移液枪取苯胺单体(ani)滴入s2配置的盐酸溶液中，苯胺单体与盐酸溶液以体积比1:300混合，并缓慢搅拌直至均匀分散，得到苯胺单体盐酸溶液；
[0079]
s4：将过硫酸铵((nh4)2s2o8)粉末，缓慢加入s2配置的盐酸溶液中并超声处理，使两者混合均匀，配置0.12mol/l的过硫酸铵盐酸溶液；
[0080]
s5：取1.0mg/ml的ti3c2t
x nmp溶液置入细胞破壁机中超声，得到ti3c2t
x nmp分散液；
[0081]
s6：取ti3c2t
x nmp分散液，逐滴滴入s3配置的苯胺单体盐酸溶液中，ti3c2t
x nmp分
散液与苯胺单体盐酸溶液以体积比1:2.5混合，得到苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液；
[0082]
s7：将s4配置的过硫酸铵盐酸溶液逐滴滴入s6得到的苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液中，过硫酸铵溶液与苯胺单体/ti3c2t
x
混合溶液以体积比1:4混合，持续搅拌，直至溶液完全反应，插入带叉指电极4的柔性基底；
[0083]
s8：待混合溶液在叉指电极4表面形成一层复合薄膜后，取出柔性基底并用盐酸溶液滴洗，滴洗完成后置于室温下干燥，得到氨气检测柔性薄膜传感器。
[0084]
实施例6
[0085]
一种制备nfc标签的方法，包括以下步骤：
[0086]
s1、将实施例3制备好的薄膜传感器取出，准备在其基底上制备nfc标签；
[0087]
s2、利用丝网印刷技术将天线印刷在纳米纤维纸上，所用材料为银色导电油墨，并保留部分天线断开，将制备好的薄膜传感器叉指电极4的两端与天线7断开位置的两端对接，构成一个完整结构；
[0088]
s3、将s2得到的结构烘干；
[0089]
s4、将微芯片8印刷在纳米纤维纸上，并用导电树脂作为导线6将微芯片8与银叉指电极4连接起来；
[0090]
s5、将步骤4得到的结构放在热风炉中固化，得到集成氨气检测柔性薄膜传感器的nfc标签。
[0091]
实施例7
[0092]
一种集成无线无源氨气传感器标签的储气袋的制备方法，包括以下步骤：
[0093]
s1、用实施例3-5所述的方法在基底5上制备氨气检测薄膜柔性薄膜传感器；
[0094]
s2、用实施例6所述的方法在氨气检测柔性薄膜传感器的基底5上制备nfc标签；
[0095]
s3、将集成有nfc标签和氨气检测薄膜柔性薄膜传感器的基底5制成袋体2，并在袋体2的开口处设置密封盖1。
[0096]
本发明的工作原理为：
[0097]
检测者吞下不含碳13/碳14标记尿素胶囊后向袋中吹气，若呼气中含有氨气，作为一种碱性气体，氨气与聚苯胺(pani)接触后产生碱脱掺杂。氨气气体分子具有比pani上胺基更强的质子酸亲和力，这使得氨气会夺取本与导电pani胺基结合的质子，从而导致使pani具有导电性的正电荷减少，电阻升高。而ti3c2t
x
具有很高的比表面积、显著的表面效应和较强的化学活性。这些特点会使得其极易大量吸附环境中的气体分子，从而显著地提高气体传感器的响应。网络分析仪与nfc标签之间通过电磁耦合的方法完成信号的无线传输，当网络分析仪向天线发射正弦扫频信号时，nfc标签接收该信号，获得其能量激活电路，若此时氨气检测薄膜传感器的电阻发生改变，相应地，从天线端测量得到的输入电阻也发生改变。nfc标签对该信号进行调制后返回给网络分析仪。网络分析仪通过对比两种信号以获取回波损耗s
11
幅值大小。回波损耗的大小随着天线端电阻大小的改变而改变，天线端电阻变化取决于薄膜传感器电阻变化，而薄膜传感器电阻会随着氨气体积分数的改变而改变。因此回波损耗s
11
幅值变化可以直接表征天线端电阻变化，从而间接表征氨气体积分数的变化。氨气体积分数越大，说明有越多数量的幽门螺杆菌分泌尿素酶与尿素发生反应，进而间接表征人体内幽门螺杆菌含量。
[0098]
上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述,而并非对本发明的保
护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下,本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。