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静电纺纳米纤维在传感器领域的应用 芦雪，乔秀月，北京永康乐业科技发展有限公司 静电纺丝是一种快速并且大量制备纳米纤维的有效方法之一，近年来受到各应用领域的青 睐，尤其作为化学及生物传感器应用，更是表现出了突出的优势。静电纺丝纤维薄膜具有厚度可 控，结构精细、材料多样化、比表面积大等优点，是一种理想的传感材料。据统计，2000 年至 今，以“sensor”为检索词的文献中，电纺丝领域的文章占1198篇；就2012 年一年来说，如图1， 全球发表的电纺丝领域文章数目为5763 篇，以“sensor”为检索词的文献数为209 篇，占总数的 3.6%。其中，中国的发表数量为70 篇，占总比的33.5%。这一结果充分说明国内有大部分研究 者关注并且在这一领域已有研究性进展。 检索条件Topic (Electrospinning or Electrospun),Timespan 2012 Refinedby：Title (Sensor)，Countries/Territories (PEOPLESR CHINA) 静电纺纳米纤维膜具有三维立体结构、孔隙率高、比表面积大、结构可控性好等优点，是一 种制备高性能传感元件的理想纳米材料。其在传感器制备方面主要有两种方法：一是采用功能性 聚合物，如PAA、PAN 等，进行电纺丝获取具有感应功能的纳米纤维，并将电纺丝纳米纤维直 接作为传感器的感应元件，这种制造工艺较为简单，制得的传感器响应时间较快、灵敏度较高、 并且具有较好的生物兼容性；二是将电纺丝纳米纤维作为模版，然后在纤维表面沉积响应的感应 [1] 材料和进行化学改性，从而制得具有传感特性的微纳米结构 。 一般的，将具有高比表面积的纳米材料引入传感材料设计中，可带来较高的灵敏度。目前，已开 发出基于不同传感原理的静电纺纤维传感器，如振频式、电阻式、光电式、光学式、安培式等形 [29] 式的传感器 ；根据敏感元件种类可分别光敏、热敏、力敏、电压敏、磁敏、气敏、湿敏、声 敏、射线敏、离子敏……。 1.根据不同的识别元件可大致分为生物传感器、化学传感器。 生物传感器一般主要包括生物敏感元件和换能器，其中生物敏感元件是最重要的部分。利用 高压静电纺丝作为生物敏感元件，优点在于纺丝材料具有良好的生物相容性，可以利用各种方式 [16] 将纺丝纤维与生物大分子进行自组装，并且达到特异性识别被测物的目的。WangXY 等将静 电纺丝和静电层吸附两种方法结合起来，制作出了高敏感度的光学传感器。Manesh KM[17,30]等将 葡萄糖氧化酶固定在分散了碳纳米管的PMMA 电纺丝复合薄膜上，碳纳米管被PDDA功能修饰， 带上正电荷，通过静电相互作用，带负电的葡萄糖氧化酶被固定在碳纳米管上，从而进行有效的 电子传递，提高检测的重复性和复合物电极的稳定性。 要得到灵敏度高、性能优良的化学传感器，一般选用能与待测气体或者溶液中的分子具有特 异性并相互作用，并且可以产生电学或者光学性质改变的材料[30]。通常的方法是利用电纺得到 的半导体氧化物的高分子混纺物，然后去掉高分子得到半导体氧化物的纳米线或者纳米带。Yang [18] A 等通过电纺SnO2/多壁碳纳米管 （MWCNT）与PVA 混纺的纺丝，热水溶解出去PVA，得 到的SnO2/MWCNT。在表面活性剂CTAB 的活化下，MWCNT 表面产生许多的活化位点，产生 n 型半导体性质。得到的纳米纤维能够强烈吸附CO 等还原性气体，导致阻抗发生很大改变。另 一种方法是将高分子静电纺丝外层溅射一层半导体金属氧化物，然后高温煅烧除去高分子，可以 [19] 方便地得到长径比很大的中空半导体纤维。Yoon J 等将丁二炔 （DA）单体分散到有机溶剂中， 然后进行静电纺丝。在纤维形成的过程中，当溶剂挥发后，DA 单体会发生自组装现象，导致聚 丁二炔 （PDA）的形成，并嵌入到聚合物纤维里面。他们利用含有PDA 聚合物的微米纤维薄膜 的颜色变化来制作检测挥发性有机化合物的色度传感器，从而达到检测不同种有机溶剂的目的。 两种制备方法相比较，前者是一种制备半导体纳米纤维较快速和简便的方法，但其纤维本身的特 点，如孔隙率