PL224125B1 - Ceramiczny czujnik optyczny do wykrywania związków fenolowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest ceramiczny czujnik optyczny do wykrywania związków fenolowych w roztworach wodnych, znajdujący zastosowanie w przemyśle spożywczym oraz diagnostyce środowiskowej. Ceramiczny czujnik optyczny do wykrywania związków fenolowych charakteryzuje się tym, że korpus (KS) wykonany z co najmniej trzech warstw niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki zawiera dwa światłowody (SW) oraz kanał przepływowy (KP), który wyposażony jest w warstwę platynową pokrytą chemoczułym filmem enzymatycznym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ceramiczny czujnik optyczny do wykrywania związków fenolowych w roztworach wodnych, znajdujący zastosowanie w przemyśle spożywczym oraz diagnostyce środowiskowej.

Detektor wykonany jest w technologii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, przeznaczony jest do oznaczania stężenia związków fenolowych.

Z polskiego opisu patentowego nr PL197601 znany jest półprzewodnikowy czujnik jonoselektywny posiadający strukturę składającą się z dwóch części, z których jedna wykonana jest z krzemu. Obie części urządzenia połączone są kanałem przepływowym wyposażonym w membranę jonoselektywną.

W polskim zgłoszeniu patentowym nr PL314033 (A1) ujawniono planarny czujnik kwaśno-węglanowy, który posiada wysuszoną pozostałościową warstwę wewnętrznego elektrolitu. Tego typu czujnik przepływowy jest zdolny do oznaczania poziomu kwaśnego węglanu w ciekłej próbce, natomiast kiedy jest sprzężony z czujnikiem pH, może być stosowany do określania cząstkowego poziomu dwutlenku węgla w próbce.

Ceramiczny czujnik fluorescencyjny wykonany w technologii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, przeznaczony w szczególności do znaczenia ilości komórek bakteryjnych oraz wirusów jest znany z polskiego opisu patentowego nr PL 218904.

W kolejnym polskim opisie patentowym nr PL 218800 został ujawniony ceramiczny aparat do pomiaru stężenia alkoholi w roztworach, zwłaszcza etanolu w napojach alkoholowych takich jak piwo, wino, wódka oraz płynach technicznych jak mrozoodporne płyny chłodzące lub czyszczące.

Polski opis patentowy nr PL219543 dotyczy ceramicznego czujnika mikroprzepływowego z detekcją fluorescencyjną, który wykonany jest w technologii niskotemperaturowej ceramiki współwypalanej i przeznaczony jest do oznaczania ilości materiału mikrobiologicznego.

Istota ceramicznego czujnika optycznego do wykrywania związków fenolowych, według wynalazku, polega na tym, że korpus wykonany z co najmniej trzech warstw niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki zawiera dwa światłowody oraz kanał przepływowy, który wyposażony jest w warstwę platynową pokrytą chemoczułym filmem enzymatycznym.

Korzystnie, kanał przepływowy połączony jest światłowodem ze źródłem światła i jednocześnie drugim światłowodem z czujnikiem światła.

Korzystnie, czujnikiem światła jest fotodioda.

Korzystnie, źródłem światła jest dioda laserowa lub dioda elektroluminescencyjna.

Korzystnie, warstwa platynowa naniesiona jest na powierzchnię warstwy dolnej metodą sitodruku.

Korzystnie, kanał przepływowy oraz światłowody wykonane są w warstwie środkowej.

Korzystnie, światłowody są światłowodami polimerowymi lub kwarcowymi.

Korzystnie, chemoczuła warstwa enzymatyczna wytworzona jest z poli[2,7-bis(tiofeno)-N-heksyloakrydonu] oraz lakazy.

Ceramiczny czujnik optyczny jest urządzeniem miniaturowym, wykonanym z folii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki LTCC. Czujnik według wynalazku do oznaczania stężenia związków fenolowych w roztworach wodnych wyposażony jest w dwa światłowody oraz korpus wykonany z ceramiki, która jest niewrażliwa na substancje chemiczne oraz biologiczne, co umożliwia prowadzenie pomiarów niezależnie od składu chemicznego badanej próbki. Miniaturowy czujnik wykonany jest przy użyciu lasera lub wykrojnika mechanicznego z niskotemperaturowej ceramiki.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładach realizacji oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia miniaturowy ceramiczny czujnik optyczny w widoku z góry i w przekrojach: poziomym A-A oraz pionowym B-B.

P r z y k ł a d 1

Ceramiczny czujnik optyczny ma korpus KS wykonany z trzech warstw WD, WS, WG niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, zawiera kanał przepływowy KP wyposażony w warstwę platyny PT pokrytą chemoczułym filmem w postaci poli[2,7-bis(tiofeno)-N-heksyloakrydonu] oraz lakazy, połączony światłowodem SW umocowanym w kanale wykonanym w korpusie KS ze źródłem światła w postaci diody elektroluminescencyjnej przymocowanym do światłowodu SW. Jednocześnie kanał przepływowy KP połączony jest drugim światłowodem SW z czujnikiem światła w postaci fotodiody. Kanały światłowodowe SW oraz kanał przepływowy KP wykonane są w warstwie środkowej WS.

PL 224 125 B1

Ceramiczny czujnik optyczny wykonany jest z surowej folii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, z której wycina się jedną warstwę spodnią WS, na której naniesiona jest metodą sitodruku warstwa platyny PT, która umożliwia osadzenie chemoczułej warstwy enzymatycznej.

Zgodnie z wynalazkiem, warstwy WD, WS, WG zgrywa się i laminuje za pomocą metody termokompersyjnej w temperaturze 70°C, pod ciśnieniem 5 MPa, przez 10 minut. Zalaminowane warstwy WD, WS, WG wypala się podczas wieloetapowej obróbki termicznej. Kolejno, obróbkę termiczną prowadzi się przez 240 minut i w temperaturze otoczenia (rt) - do 450°C. W temperaturze 450°C wygrzewa się spodnią część obudowy przez 60 minut, kolejno spodnią część obudowy podgrzewa się do temperatury 850°C (60 minut). Następnie, zgodnie z wynalazkiem układ chłodzi się powoli do temperatury otoczenia (rt). W dalszym etapie do kanałów światłowodowych wkleja się światłowody polimerowe przy użyciu kleju epoksydowego.

Warstwa enzymatyczna według wynalazku wytworzona jest z ultracienkiego filmu i nadaje się do wykrywania różnych pochodnych fenolu w roztworach wodnych. Zaletą układu jest jego duża czułość i fakt, że nadaje się do wykrywania różnych stężeń, a także jego szeroka aktywność substratowa. Nie bez znaczenia jest również dość długa żywotność zimmobilizowanego biokatalizatora, który zachowuje swoją katalityczną aktywność w ciągu kolejnych trzydziestu cykli reakcyjnych tj. 2 miesiące. Enzymatyczna warstwa bioaktywna według wynalazku i powtarzalność otrzymanych wyników oraz różne odpowiedzi warstwy chemoczułej zbudowanej z polimeru wytworzonego z 2,7-bis(tiofeno)-N-heksyloakrydonu oraz lakazy, na różne stężenia związków fenolowych, typują ten materiał do budowy czujników stosowanych w przemyśle spożywczym oraz diagnostyce środowiskowej.

Działanie miniaturowego ceramicznego czujnika optycznego do oznaczania stężenia związków fenolowych w roztworach wodnych, polega na tym, że w kanale przepływowym KP wyposażonym w chemoczułą warstwę enzymatyczną zbudowaną z polimeru wytworzonego z 2,7-bis(tiofeno)-N-heksyloakrydonu oraz lakazy, umieszcza się próbkę zawierającą badany związek fenolowy, który ulega reakcji enzymatycznej. Produkt reakcji następnie oświetla się źródłem światła o długości fali absorbowanej przez oznaczaną substancję. Pomiar spadku intensywności światła w wyniku jego częściowej absorpcji przez oznaczaną substancję wykonuje się za pomocą czujnika światła, a intensywność światła jest określana wielkością spadku napięcia na rezystorze pomiarowym podłączonym do czujnika światła. Ilość pochłoniętego światła jest proporcjonalna do stężenia oznaczanej substancji.

P r z y k ł a d 2

Ceramiczny czujnik optyczny wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że czujnikiem światła jest fotodioda a źródłem światła jest dioda laserowa, ponadto światłowody SW są światłowodami kwarcowymi, i przyklejone są klejem epoksydowym do kanału wykonanego w korpusie KS.

Claims (8)

1. Ceramiczny czujnik optyczny do wykrywania związków fenolowych, znamienny tym, że korpus (KS) wykonany z co najmniej trzech warstw (WD, WS, WG) niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki zawiera dwa światłowody (SW) oraz kanał przepływowy (KP), który wyposażony jest w warstwę platynową (PT) pokrytą chemoczułym filmem enzymatycznym.

2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kanał przepływowy (KP) połączony jest światłowodem (SW) ze źródłem światła i jednocześnie drugim światłowodem (SW) z czujnikiem światła.

3. Czujnik według zastrz. 2, znamienny tym, że czujnikiem światła jest fotodioda.

4. Czujnik według zastrz. 2, znamienny tym, że źródłem światła jest dioda laserowa lub dioda elektroluminescencyjna.

5. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa platynowa (PT) naniesiona jest na powierzchnię warstwy dolnej (WD) metodą sitodruku.

6. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kanał przepływowy (KP) oraz światłowody (SW) wykonane są w warstwie środkowej (WS).

7. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że światłowody (SW) są światłowodami polimerowymi lub kwarcowymi.

8. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że chemoczuła warstwa enzymatyczna wytworzona jest z poli[2,7-bis(tiofeno)-N-heksyloakrydonu] oraz lakazy.